Detektor IceCube zaznamenal nejpodivnější signál ve vesmíru: proud neutrin bez gama záblesku

Energetická neutrina ze vzdálené galaxie naznačují překvapivý původ: atomy helia rozrušené ultrafialovým světlem v blízkosti černé díry, což mění to, co jsme si mysleli, že víme o kosmických výtryscích. V hlubokém vesmíru se energetická neutrina obvykle objevují spolu se záblesky záření gama. Galaxie NGC 1068 se však chová jinak – vysílá silný proud neutrin s překvapivě malým množstvím záření gama, což vědcům přináší kosmickou záhadu.

Nová studie nabízí odvážné vysvětlení: atomy helia ve výtrysku galaxie se srážejí s intenzivním ultrafialovým světlem v blízkosti jejího středu. Tyto srážky rozbíjejí atomy „na kusy“ a uvolňují neutrony, které se rozpadají na neutrina, aniž by vyzařovaly mnoho záření gama.

Tento objev vrhá nové světlo na extrémní podmínky v blízkosti supermasivních černých děr, jako je ta v NGC 1068, a dokonce i ta v naší Galaxii. Rovněž prohlubuje naše chápání interakce záření a subatomárních částic, což může připravit půdu pro budoucí objevy ve vědě a technice.

Záhada neutrin v galaxii Chobotnice
Hluboko pod antarktickým ledem se nachází pozoruhodný vědecký přístroj – tisíce senzorů, které fungují jako „oči“ a jsou schopny detekovat jednu z nejnepolapitelnějších částic vesmíru: neutrino. Nedávno tyto senzory zachytily něco nečekaného. Ve vzdálené galaxii NGC 1068, známé také jako galaxie Chobotnice, vědci zaznamenali neobvykle silný výbuch neutrin. Záhadou tohoto objevu však je, že přišel s velmi malým množstvím záření gama, které se obvykle objevuje spolu s energetickými neutriny.

Senzory jsou součástí neutrinové observatoře IceCube, rozsáhlého experimentu zabudovaného do kilometru krychlového čistého antarktického ledu. Tým teoretických fyziků z Kalifornské univerzity, Univerzity v Ósace a Kavliho institutu Tokijské univerzity nyní přichází s novou odvážnou myšlenkou. Domnívají se, že neutrina z NGC 1068 mohou vznikat zcela jiným způsobem, než se předpokládalo, což otevírá novou vzrušující kapitolu v částicové astrofyzice.

Proč jsou neutrina tak nepolapitelná?
Neutrina jsou malé subatomární částice, které téměř neinteragují s hmotou. Na rozdíl od jiných částic, jako jsou elektrony, mohou neutrina procházet přímo planetami, hvězdami, a dokonce i naším tělem, aniž by zanechala stopy. Proto je tak těžké je detekovat. 5 160 senzorů IceCube bylo postaveno tak, aby zachytily vzácné okamžiky, kdy neutrino interaguje s ledem a vytvoří nabitou částici, která zanechá detekovatelnou stopu.

„K pozorování hvězd máme teleskopy, které využívají světlo, ale mnohé z těchto astrofyzikálních systémů vyzařují také neutrina,“ řekl Alexander Kusenko, profesor fyziky a astronomie na UCLA a vedoucí pracovník Kavliho IPMU. „K pozorování neutrin potřebujeme jiný typ dalekohledu, a tím je detektor, který máme na jižním pólu.“

Nečekaná data z NGC 1068
Neutrinový teleskop IceCube detekoval velmi energetická neutrina přicházející z NGC 1068 doprovázená slabým tokem gama záření, což naznačuje, že tato neutrina mohla vzniknout jiným způsobem, než se dosud předpokládalo. Data z NGC 1068 jsou zajímavá, protože se předpokládá, že energetická neutrina z aktivních galaktických center obvykle vznikají interakcí mezi protony a fotony, při níž vzniká záření gama srovnatelné intenzity. Energetická neutrina jsou tedy obvykle spojována s energetickým zářením gama.

Záření gama z NGC 1068 je výrazně nižší, než se očekávalo, a vykazuje výrazně odlišný spektrální profil. Tradiční modely, včetně těch založených na srážkách protonů s fotony a emisi z oblasti horkého plazmatu galaxie byly široce používány k vysvětlení takových neutrinových signálů, ale narazily na teoretická omezení, což vedlo k hledání nového vysvětlení.

Vzniká nová teorie neutrin
V novém článku publikovaném v časopise Physical Review Letters Alexander Kusenko a jeho kolegové naznačují, že vysokoenergetická neutrina z galaxie NGC 1068 vznikají především rozpadem neutronů při rozpadu jader hélia ve výtryscích této galaxie pod vlivem intenzivního ultrafialového záření. Když se tato jádra helia srazí s ultrafialovými fotony vyzařovanými centrální oblastí galaxie, rozpadnou se a uvolní neutrony, které se následně rozpadnou na neutrina. Energie vznikajících neutrin odpovídají pozorováním.

Kromě toho elektrony vzniklé při těchto jaderných rozpadech interagují s okolními radiačními poli a vytvářejí záření gama, které odpovídá pozorované nižší intenzitě. Tento scénář elegantně vysvětluje, proč signál neutrin dramaticky zastiňuje emisi záření gama, a vysvětluje odlišné energetické spektrum pozorované jak u neutrin, tak u záření gama.

Zdroj: https://scitechdaily.com/icecube-spots-spaces-strangest-signal-a-neutrino-torrent-with-no-gamma-flash/

autor: František Martinek