Вчені відстежили високоенергетичну «привидну частинку» до галактики «Тіньовий Бластер»

Астрономи відстежили високоенергетичну «привидну частинку» назад до Тіньового Бластера, галактики, що формує зірки, яка знаходиться на відстані 11 мільярдів світлових років. Це означає, що ця частинка, нейтрино, подорожувала до нас з моменту, коли Всесвіт, якому вже 13,8 мільярда років, був лише приблизно 3 мільярди років.

Це відкриття пропонує перші докази того, що галактики, що формують зірки, такі як Тіньовий Бластер, відіграють значну роль у населенні Всесвіту таємничими високоенергетичними космічними привид-нейтрино. Ці частинки отримали свою моторошну назву, оскільки, маючи практично нульову масу та відсутність електричного заряду, вони проходять через матерію з малою або жодною взаємодією, рухаючись майже зі швидкістю світла. Для контексту, поки ви читаєте попереднє речення, понад 65 мільярдів нейтрино пройшли через кожен квадратний дюйм вашого тіла; це приблизно 100 мільярдів на квадратний сантиметр.

Незважаючи на труднощі, пов'язані з виявленням таких частинок, людство спостерігає нейтрино з 1960-х років, але лише кілька джерел цих частинок були ідентифіковані. Нейтрино є другими за поширеністю частинками у космосі після фотонів, частинок світла, і ідентифікованих джерел недостатньо, щоб пояснити цю поширеність. Це спонукало до пошуку інших, прихованих джерел нейтрино, особливо тих, які можуть прискорювати нейтрино до високих енергій. Тепер цей пошук призвів до ідентифікації неймовірно яскравої галактики Тіньовий Бластер, офіційно позначеної як JCMT0402−0424, яка світить в інфрачервоному діапазоні, як потенційного джерела нейтрино.

"Тіньовий Бластер має такий щільний, багатий газом середовище, яке теоретичні моделі давно пропонують як таке, що може ефективно виробляти високоенергетичні нейтрино," - сказав Юдзі Урата з MITOS Science Co., LTD. в Тайвані в заяві. "Якщо це підтвердиться, Тіньовий Бластер стане першою в історії окремою пиловою галактикою, що формує зірки, безпосередньо пов'язаною з подією високоенергетичного нейтрино."

На даний момент не існує інших достовірних кандидатів на потенційні джерела цього високоенергетичного нейтрино, позначеного як IC 210922A.

Полювання на привидів

Астрономи були попереджені про існування IC 210922A півдесятиліття тому, коли ця подія високоенергетичного нейтрино була виявлена Обсерваторією нейтрино IceCube, розташованою в Антарктиді. Це змусило астрономічну спільноту шукати в космосі в напрямку сузір'я Ерідан для потенційних джерел електромагнітного супутника до цієї події за допомогою ряду телескопів. Це не дало переконливих гамма-променевих, рентгенівських або оптичних супутників для виявлення нейтрино, а також жодна гамма-спалах, наднова або подія припливного руйнування (коли чорна діра насильно розриває зірку) не могли бути пов'язані з IC 210922A.

Урата та колеги розпочали свій особистий пошук з телескопа Джеймса Клерка Максвелла (JCMT), що експлуатується Східноазійською обсерваторією, та підмілліметрової решітки (SMA), виявивши Тіньовий Бластер, галактику в правильному положенні та з правильним рівнем яскравості, щоб бути пов'язаною з IC 210922A. Команда продовжила це дослідження, використовуючи Великий міліметровий/підміліметровий масив Атакама (ALMA), колекцію з 66 антен радіохвиль на півночі Чилі.

Виявлення цієї галактики стало можливим завдяки тому, що вона сильно гравітаційно лінзується. Гравітаційне лінзування — це явище, яке відбувається, коли об'єкт великої маси знаходиться між Землею та віддаленим фоновим джерелом, викривляючи тканину простору-часу. Коли світло з фонового джерела проходить через це викривлення, його шлях викривляється. Це призводить до того, що світло з лінзованого джерела досягає наших телескопів у різний час, що викликає його підсилення.

У випадку Тіньового Бластера, перш ніж команда могла дізнатися щось про цю віддалену галактику, їм потрібно було дізнатися більше про об'єкт, що служить проміжною гравітаційною лінзою, зокрема, який тип об'єкта це, його масу та відстань від нас. Для цього вони звернулися до телескопа Gemini North і його інструментів Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) та Gemini Near-InfraRed Spectrograph (GNIRS).

Визначивши модель гравітаційної лінзи, команда виявила, що Тіньовий Бластер є галактикою з надзвичайно компактним ядром, заповненим щільними хмарами газу та пилу, які живлять інтенсивний сплеск формування зірок. Така область давно теоретизувалася як потужний прискорювач частинок. Оскільки Тіньовий Бластер не має активної надмасивної чорної діри, це дослідження показує, що ці області все ще можуть служити космічними прискорювачами частинок, коли вони містять сплячі чорні діри і за відсутності потужних струменів, які вибухають з активних галактичних ядер (AGNs).

Що стосується загальної популяції нейтрино, це дослідження може допомогти пояснити і це. Інтенсивно формуючі зірки галактики, або галактики сплеску зірок, вважається, що були поширені приблизно 10 мільярдів років тому в ранньому Всесвіті. Таким чином, ці галактики могли виробляти безліч високоенергетичних нейтрино. Доказати це може бути важко, однак, оскільки астрономи не мають щасливої нагоди знайти всі ці галактики, що ховаються за гравітаційною лінзою, що означає, що вони можуть бути занадто тьмяними та віддаленими для вивчення.

"Наш аналіз свідчить про те, що ця популяція може сприяти приблизно 20% спостережуваного дифузного фону нейтрино, виміряного IceCube," - підсумував Урата.

Дослідження команди було опубліковано в середу (17 червня) в журналі Nature Astronomy.