Astronomowie namierzyli wysokoenergetyczną „cząstkę widmową” pochodzącą z Shadow Blaster, galaktyki gwiazdotwórczej znajdującej się 11 miliardów lat świetlnych od nas. Oznacza to, że ta cząstka, neutrino, podróżowała do nas od czasu, gdy liczący 13,8 miliarda lat Wszechświat miał zaledwie około 3 miliardy lat.
Odkrycie stanowi pierwszy dowód na powstawanie gwiazd galaktyki jak Shadow Blaster, odgrywają znaczącą rolę w zaludnianiu wszechświata tajemniczymi, wysokoenergetycznymi kosmicznymi duchami-neutrina. Cząstki te zyskały swój straszny przydomek, ponieważ nie posiadają praktycznie żadnej masy ani ładunku elektrycznego, przechodzą przez materię z niewielką lub żadną interakcją, poruszając się z prędkością prawie prędkość światła. Dla kontekstu, jak czytasz poprzednie zdanie, ponad 65 miliardów neutrin przepływało przez każdy centymetr kwadratowy twojego ciała; to około 100 miliardów na centymetr kwadratowy.
Pomimo trudności związanych z wykryciem takich cząstek, ludzkość wykrywa neutrina od lat 60. XX wieku, ale zidentyfikowano tylko kilka źródeł tych cząstek. Neutrina to drugie po fotonach i cząsteczkach światła najliczniejsze cząstki w kosmosie, a zidentyfikowane źródła nie są na tyle duże, aby wyjaśnić tę liczebność. To skłoniło do poszukiwań innych, ukrytych źródeł neutrin, zwłaszcza tych, które mogą przyspieszać neutrina do wysokich energii. Teraz te poszukiwania doprowadziły do zidentyfikowania niezwykle jasnej galaktyki Shadow Blaster, oficjalnie oznaczonej jako JCMT0402−0424, która świeci w podczerwieni, jako potencjalne źródło neutrin.
„Shadow Blaster posiada rodzaj gęstego, bogatego w gaz środowiska, które, jak od dawna sugerowały modele teoretyczne, może wydajnie wytwarzać wysokoenergetyczne neutrina” – Yuji Urata z MITOS Science Co., LTD. na Tajwanie – napisano w oświadczeniu. „Jeśli zostanie to potwierdzone, Shadow Blaster będzie pierwszą w historii indywidualną galaktyką pyłową tworzącą gwiazdy, bezpośrednio powiązaną ze zdarzeniem wysokoenergetycznych neutrin”.
Jak dotąd nie istnieją inni wiarygodni kandydaci jako potencjalne źródła tego wysokoenergetycznego neutrina, oznaczonego jako IC 210922A.
Pogoń za duchami
Astronomowie zostali zaalarmowani o istnieniu IC 210922A pół dekady temu, kiedy to wysokoenergetyczne zdarzenie neutrinowe zostało wykryte przez Obserwatorium Neutrino IceCube zlokalizowane na Antarktydzie. To skierowało społeczność astronomiczną do przeszukiwania przestrzeni w kierunku konstelacji Eridanus w poszukiwaniu potencjalnych źródeł elektromagnetycznego odpowiednika tego zdarzenia za pomocą szeregu teleskopów. Nie wykazało to żadnego przekonującego odpowiednika promieniowania gamma, rentgenowskiego ani optycznego do wykrywania neutrin, ani też żadnego rozbłysku gamma, supernowej ani zdarzenia rozerwania pływowego (w którym czarna dziura gwałtownie rozrywa gwiazdę) nie można było powiązać z IC 210922A.
Urata i współpracownicy rozpoczęli osobiste poszukiwania od Teleskopu Jamesa Clerka Maxwella (JCMT), obsługiwanego przez Obserwatorium Wschodnioazjatyckie, oraz Submillimeter Array (SMA), odkrywając Shadow Blaster, galaktykę we właściwej pozycji i o odpowiednim poziomie jasności, aby można ją było powiązać z IC 210922A. Następnie zespół przeprowadził dochodzenie z wykorzystaniem układu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), zbiór 66 anten radiowych w północnym Chile.
Wykrycie tej galaktyki było możliwe, ponieważ jest ona silnie soczewkowana grawitacyjnie. Soczewkowanie grawitacyjne to zjawisko zachodzące, gdy obiekt o dużej masie pojawia się pomiędzy Ziemią a odległym źródłem tła, zakrzywiając strukturę czasoprzestrzeni. Gdy światło ze źródła tła pokonuje tę krzywiznę, jego ścieżka jest zakrzywiona. W rezultacie światło z soczewkowanego źródła dociera do naszych teleskopów w różnym czasie, powodując jego wzmocnienie.
W przypadku Shadow Blaster, zanim zespół mógł dowiedzieć się czegokolwiek o tej odległej galaktyce, musiał dowiedzieć się więcej o obiekcie służącym jako pośrednia soczewka grawitacyjna, a konkretnie o jego typie, masie i odległości od nas. W tym celu wykorzystali teleskop Gemini North i jego instrumenty Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) oraz Gemini Near-InfraRed Spectrograph (GNIRS).
Po określeniu modelu soczewki grawitacyjnej zespół odkrył, że Shadow Blaster to galaktyka z niezwykle zwartym sercem wypełnionym gęstymi obłokami gazu i pyłu, które napędzają intensywny wybuch gwiazda tworzenie. Od dawna przypuszczano, że taki region może służyć jako potężny akcelerator cząstek. Ponieważ Shadow Blaster nie posiada zasilającej supermasywnej czarnej dziury, badania te pokazują, że regiony te mogą nadal służyć jako akceleratory cząstek kosmicznych, jeśli są siedliskiem uśpionych czarnych dziur i przy braku potężnych dżetów wybuchających z aktywnych jąder galaktycznych (AGN).
Jeśli chodzi o całą populację neutrin, to badanie również może pomóc w wyjaśnieniu tej kwestii. Uważa się, że galaktyki intensywnie tworzące gwiazdy, czyli galaktyki wybuchu gwiazd, występowały powszechnie około 10 miliardów lat temu we wczesnym Wszechświecie. Zatem galaktyki te mogły wytwarzać wiele wysokoenergetycznych neutrin. Udowodnienie tego może się jednak okazać trudne, ponieważ astronomowie nie mają szczęścia znaleźć wszystkich tych galaktyk czających się za soczewką grawitacyjną, co oznacza, że mogą być zbyt słabe i odległe, aby je badać.
„Nasza analiza sugeruje, że ta populacja może stanowić około 20% obserwowanego tła rozproszonych neutrin mierzonego przez IceCube” – podsumowała Urata,
Wyniki badań zespołu opublikowano w środę (17 czerwca) w czasopiśmie Astronomia Przyrodnicza.
