Под Антарктидой обнаружены необъяснимые нейтрино, испускаемые соседней галактикой

Мессье 77, также известная как NGC 1068, является одной из наиболее изученных галактик за пределами нашей, но она все еще может удивить. Было обнаружено, что Мессье 77, любимый астрономами-любителями за его красивую спиральную форму, производит много нейтрино высокой энергии. Чтобы выяснить это, исследователям пришлось отправиться не в космос или на вершины гор, как в большинстве случаев астрономии, а на километры глубоко под антарктическим льдом. Открытие может помочь объяснить обильные космические нейтрино, приходящие со всех сторон.

Нейтрино впервые были предложены в 1930 году, потому что физики заметили, что продукты некоторых ядерных реакций имеют меньшую энергию и импульс, чем существовали ранее. Поскольку это нарушает всевозможные законы, был сделан вывод, что должна быть недостающая частица, которую они не обнаруживали, но потребовалось 26 лет, чтобы найти частицу, отвечающую необходимым требованиям.

Теперь уже известно, что Вселенная наполнена космическими нейтрино, и каждую секунду через нас проходят миллиарды нейтрино. Однако их так трудно обнаружить, что мы находим очень мало и не уверены в их источниках. Тем не менее, новая статья показывает, что Мессье 77 производит их довольно много, и, вероятно, это представитель класса галактик, которые делают то же самое. Это может объяснить, почему существует больше нейтрино высоких энергий, чем можно было бы отнести к ранее известным источникам.

Открытие вспышки нейтрино, связанной с SN 1987A, ближайшей сверхновой к Земле за несколько столетий, продемонстрировало, что взрывающиеся звезды являются основным источником космических нейтрино. Однако, если бы в Мессье 77 была сверхновая, мы бы знали об этом. На расстоянии 47 миллионов световых лет она намного дальше, чем 1987A, но все же ближе, чем подавляющее большинство сверхновых, которые мы обнаруживаем каждый год.

Обсерватория IceCube сделала первое открытие источника нейтрино высокой энергии, TXS 0506+056, в 2018 году, почти в 100 раз дальше, чем Мессье 77, и правильно расположенного за плечом Ориона. Тем не менее, кажется, что между ними нет большого сходства. TXS 0506+056 — это блазар, тип галактики, струи сверхмассивной черной дыры которой почти со световой скоростью направлены на Землю. TXS 0506+056 позволил ученым проводить одновременные наблюдения за гамма-лучами и нейтрино, испускаемыми этими джетами.

Хотя Мессье 77 имеет необычно активную сверхмассивную черную дыру для локальной вселенной, никаких струй обнаружено не было, что делает ее так называемым радиотихим активным ядром галактики (АЯГ).

«Радиотихие АЯГ… которых больше, чем блазары и радио-громкие АЯГ, могут помочь объяснить количество наблюдаемых космических нейтрино», — сказал доктор Кохта Мурасе из Пенсильванского государственного университета в сопроводительной перспективе.

«После ажиотажа в 2018 году, вызванного открытием нейтрино от TXS 0506+056, еще более захватывающим является обнаружение источника, производящего устойчивый поток нейтрино, который мы можем наблюдать с помощью IceCube», — сказал соавтор доктор Гэри Хилл из Университета США. 

«Одно нейтрино может выделить источник. Но только наблюдение с несколькими нейтрино выявит затемненное ядро самых энергичных космических объектов», — сказал  профессор Фрэнсис Халзен из Университета Висконсин-Мэдисон. «IceCube накопил около 80 нейтрино тераэлектронвольтной энергии от NGC 1068, которых пока недостаточно, чтобы ответить на все наши вопросы, но они определенно являются следующим большим шагом к реализации нейтринной астрономии».

Нейтрино настолько плохо взаимодействуют с обычным веществом, что их источник не скрыт пылевыми облаками. К сожалению, трудно понять, что производит нейтрино, если мы не можем видеть их источник напрямую.

Слабые взаимодействия нейтрино вынуждают их детекторы работать, отыскивая вспышки света, испускаемые в тех редких случаях, когда нейтрино создают мюоны при столкновении с атомными ядрами.

Создавая более крупные и глубокие детекторы, можно захватить больше нейтрино, причем тех, которые движутся быстрее и, следовательно, несут больше энергии. Планируется IceCube gen-2. Это не только позволит ученым узнать больше о Мессье 77, но и позволит сравнить соседнюю галактику с аналогичными, но более удаленными производителями нейтрино.