Ανεξήγητα νετρίνα που εκπέμπονται από έναν κοντινό γαλαξία έχουν εντοπιστεί κάτω από την Ανταρκτική

Ο Μεσιέ 77, γνωστός και ως NGC 1068, είναι ένας από τους πιο μελετημένους γαλαξίες εκτός του δικού μας, αλλά μπορεί ακόμα να εκπλήξει. Αγαπημένο στους ερασιτέχνες αστρονόμους για το όμορφο σπειροειδές του σχήμα, το Messier 77 έχει αποκαλυφθεί ότι παράγει πολλά νετρίνα υψηλής ενέργειας. Για να το ανακαλύψουν οι ερευνητές έπρεπε να πάνε, όχι στο διάστημα ή στις κορυφές των βουνών, όπως συμβαίνει με την περισσότερη αστρονομία, αλλά χιλιόμετρα βαθιά κάτω από τον πάγο της Ανταρκτικής. Η ανακάλυψη θα μπορούσε να εξηγήσει τα άφθονα κοσμικά νετρίνα που προέρχονται από όλες τις κατευθύνσεις.

Τα νετρίνα προτάθηκαν για πρώτη φορά το 1930, επειδή οι φυσικοί παρατήρησαν ότι τα προϊόντα ορισμένων πυρηνικών αντιδράσεων είχαν λιγότερη ενέργεια και ορμή από ό,τι υπήρχαν προηγουμένως. Δεδομένου ότι αυτό παραβιάζει κάθε είδους νόμους, συνήχθη το συμπέρασμα ότι πρέπει να λείπει ένα σωματίδιο που δεν ανίχνευαν, αλλά χρειάστηκαν 26 χρόνια για να βρεθεί το σωματίδιο που πληρούσε τις απαραίτητες απαιτήσεις.

Τώρα γνωρίζουμε ότι το σύμπαν είναι γεμάτο με κοσμικά νετρίνα, με δισεκατομμύρια να περνούν από μέσα μας κάθε δευτερόλεπτο. Είναι τόσο δύσκολο να εντοπιστούν, ωστόσο, που βρίσκουμε πολύ λίγα και παραμένουμε αβέβαιοι ως προς τις πηγές τους. Ωστόσο, μια νέα δημοσίευση αποκαλύπτει ότι ο Messier 77 παράγει πολλά από αυτά, και πιθανότατα είναι αντιπροσωπευτικό μιας κατηγορίας γαλαξιών που κάνουν το ίδιο. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί υπάρχουν περισσότερα νετρίνα υψηλής ενέργειας από όσα θα μπορούσαν να αποδοθούν σε προηγούμενες γνωστές πηγές.

Η ανακάλυψη μιας έκρηξης νετρίνων που σχετίζεται με το SN 1987A, τον πλησιέστερο σουπερνόβα στη Γη εδώ και αιώνες, έδειξε ότι τα αστέρια που εκρήγνυνται παρέχουν μια σημαντική πηγή για τα κοσμικά νετρίνα. Ωστόσο, αν υπήρχε ένα σουπερνόβα στο Μεσιέ 77, θα περιμέναμε να το μάθουμε. Σε απόσταση 47 εκατομμυρίων ετών φωτός μακριά, είναι πολύ πιο μακριά από το 1987Α, αλλά εξακολουθεί να είναι πιο κοντά από τη συντριπτική πλειονότητα των σουπερνόβα που ανιχνεύουμε κάθε χρόνο.

Το Παρατηρητήριο IceCube έκανε την πρώτη ανακάλυψη μιας πηγής νετρίνων υψηλής ενέργειας, TXS 0506+056, σε 2018, σχεδόν 100 φορές πιο μακριά από το Messier 77, και κατάλληλα τοποθετημένο από τον ώμο του Ωρίωνα. Ωστόσο, δεν φαίνεται να υπάρχει μεγάλη ομοιότητα μεταξύ των δύο. Το TXS 0506+056 είναι ένα blazar, ένας τύπος γαλαξία του οποίου οι υπερμεγέθεις πίδακες της μαύρης τρύπας με ταχύτητα σχεδόν φωτός είναι στραμμένοι προς τη Γη. Το TXS 0506+056 επέτρεψε στους επιστήμονες να διεξάγουν ταυτόχρονες παρατηρήσεις των ακτίνων γάμμα και των νετρίνων που παράγονται από αυτούς τους πίδακες.

Παρόλο που ο Messier 77 έχει μια ασυνήθιστα ενεργή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα για το τοπικό σύμπαν, δεν έχουν ανιχνευθεί πίδακες, γεγονός που τον καθιστά γνωστό ως ενεργό γαλαξιακό πυρήνα (AGN).

«Τα ραδιοήσυχα AGN… τα οποία είναι πιο άφθονα από τα blazar και τα ραδιοφωνικά AGNs μπορεί να βοηθήσουν στην εξήγηση της ποσότητας των κοσμικών νετρίνων που παρατηρούνται», δήλωσε ο Δρ Kohta Murase του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια σε μια συνοδευτική προοπτική.

«Μετά τον ενθουσιασμό το 2018 για την ανακάλυψη των νετρίνων από το TXS 0506+056, είναι ακόμη πιο συναρπαστικό να βρούμε μια πηγή που παράγει μια σταθερή ροή νετρίνων που μπορούμε να δούμε με το IceCube», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Δρ Gary Hill του Πανεπιστημίου του Αδελαΐδα σε δήλωση.

"Ένα νετρίνο μπορεί να ξεχωρίσει μια πηγή. Αλλά μόνο μια παρατήρηση με πολλαπλά νετρίνα θα αποκαλύψει τον κρυφό πυρήνα των πιο ενεργητικών κοσμικών αντικειμένων", δήλωσε ο καθηγητής Francis Halzen του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison σε μια ξεχωριστή δήλωση. "Το IceCube έχει συσσωρεύσει μερικά 80 νετρίνα ενέργειας τεραηλεκτρονβολτ από το NGC 1068, τα οποία δεν είναι ακόμη αρκετά για να απαντήσουν σε όλες μας τις ερωτήσεις, αλλά σίγουρα αποτελούν το επόμενο μεγάλο βήμα προς την υλοποίηση της αστρονομίας των νετρίνων.»

Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν τόσο άσχημα με τη συνηθισμένη ύλη η πηγή τους δεν κρύβεται από τα σύννεφα σκόνης. Δυστυχώς, είναι δύσκολο να καταλάβουμε τι παράγει τα νετρίνα αν δεν μπορούμε να δούμε την πηγή τους απευθείας.

Οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις των νετρίνων αναγκάζουν τους ανιχνευτές τους να λειτουργούν αναζητώντας τις λάμψεις φωτός που εκπέμπονται στις σπάνιες περιπτώσεις που τα νετρίνα δημιουργούν μιόνια όταν χτυπούν τους ατομικούς πυρήνες.

Με την κατασκευή μεγαλύτερων και βαθύτερων ανιχνευτών είναι δυνατό να συλληφθούν περισσότερα νετρίνα και αυτά που κινούνται πιο γρήγορα και επομένως μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια. Το IceCube gen-2 έχει προγραμματιστεί. Όχι μόνο αυτό θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για το Messier 77, αλλά θα είναι δυνατό να συγκρίνουν τον κοντινό γαλαξία με παρόμοιους αλλά πιο μακρινούς παραγωγούς νετρίνων.

«Είναι σαν να μας έδωσε το IceCube έναν χάρτη σε έναν θησαυρό», είπε ο Δρ Μάρεκ Κοβάλσκι της Deutsches Elektronen-Synchrotron.

Η εργασία δημοσιεύεται στο Science, μαζί με το Murase’s Perspective.