Prva neutrinska slika aktivne galaksije

Više od deset godina zvjezdarnica IceCube na Antarktiku prati svjetlosne tragove ekstragalaktičkih neutrina. Dok je obrađivao podatke opservatorija, međunarodni istraživački tim predvođen Tehničkim sveučilištem u Münchenu (TUM) otkrio je izvor zračenja neutrina visoke energije u aktivnoj galaksiji NGC 1068, također poznatoj kao Messier 77.

Svemir je pun misterija. Jedna od tih misterija uključuje aktivne galaksije s ogromnim crnim rupama smještenim u njihovim središtima. "Danas još uvijek ne znamo točno koji se procesi tamo odvijaju", kaže Elisa Resconi, profesorica eksperimentalne fizike s kozmičkim česticama na TUM-u. Njezin je tim napravio veliki korak prema rješavanju te zagonetke: astrofizičari su u spiralnoj galaksiji NGC 1068 otkrili izvor neutrina visoke energije.

Vrlo je teško istraživati aktivna središta galaksija pomoću teleskopa koji detektiraju vidljivu svjetlost ili gama ili rendgensko zračenje iz svemira, jer oblaci kozmičke prašine i vruće plazme apsorbiraju zračenje. Samo neutrini mogu uzmaknuti „paklu” na rubovima crnih rupa; ti neutrini nemaju električni naboj i gotovo nikakvu masu. Oni prožimaju prostor bez da ih elektromagnetska polja skreću ili apsorbiraju. Zbog toga ih je vrlo teško otkriti.

Najveća prepreka u astronomiji neutrina do sada je bila odvajanje vrlo slabog signala od jake pozadinske buke koju stvaraju udari čestica iz zemljine atmosfere. Bilo je potrebno mnogo godina promatranja korištenjem IceCube neutrinskog opservatorija i novih statističkih metoda kako bi se Resconi i njezinom timu omogućilo prikupljanje dovoljno neutrinskih događaja za njihovo otkriće.

Detektivski posao u vječnom ledu

Teleskop IceCube, smješten na ledu Antarktika, od 2011. godine detektira svjetlosne tragove koji proizlaze iz upadnih neutrina. "Na temelju njihove energije i kuta upada možemo rekonstruirati odakle dolaze", kaže dr. Theo, znanstvenik TUM-a Glauch. "Statistička procjena pokazuje vrlo značajan klaster udara neutrina koji dolazi iz smjera aktivne galaksije NGC 1068. To znači da s vjerojatnošću, koja graniči sa sigurnošću, možemo pretpostaviti kako zračenje neutrina visoke energije dolazi iz ove galaksije."

Spiralna galaksija, udaljena 47 milijuna svjetlosnih godina, otkrivena je još u 18. stoljeću. NGC 1068 – poznata i kao Messier 77 – oblikom i veličinom podsjeća na našu galaksiju, ali ima središte jakog sjaja koje je svjetlije od cijele Mliječne staze, iako je središte približno veličine našeg sunčevog sustava. Centar sadrži "aktivnu jezgru": gigantsku crnu cjelinu s masom približno stotinu milijuna puta većom od mase našeg Sunca, koja upija velike količine materijala.

Ali kako i gdje nastaju neutrini? "Imamo jasan scenarij", kaže Resconi. "Mislimo da su visokoenergetski neutrini rezultat ekstremnog ubrzanja kojim prolazi materija u blizini crne rupe, podižući je do vrlo visokih energija. Iz eksperimenata s akceleratorom čestica znamo da visokoenergetski protoni stvaraju neutrine kada se sudare s drugim česticama. Drugim riječima: Pronašli smo kozmički akcelerator."

Neutrinske zvjezdarnice za novu astronomiju

NGC 1068 je statistički najznačajniji izvor neutrina visoke energije koji je dosad otkriven. Bit će potrebno više podataka kako bismo mogli lokalizirati i istražiti slabije te udaljenije izvore neutrina, kaže Resconi, koja je nedavno pokrenula međunarodnu inicijativu za izgradnju neutrinskog teleskopa veličine nekoliko kubičnih kilometara u sjeveroistočnom Pacifiku, „the Pacific Ocean Neutrino Experiment, P-ONE”. Zajedno s planiranom drugom generacijom IceCube zvjezdarnice – IceCube Gen2 – pružit će podatke za neutrinsku astronomiju budućnosti.

Izvor:  Technical University of Munich (TUM)