Nasina misija Fermi je identificirala črno luknjo, ki je izstrelila kozmični nevtrino

12. julij 2018

Pred okrog 4 milijardami let je črna luknja v osrčju neke daljne galaksije ustvarila curek visoko-energijskih delcev. Zdaj je mednarodna skupina raziskovalcev, med katerimi je tudi raziskovalka z Univerze v Novi Gorici, razkrila, da so zaznali enega od teh delcev – izmuzljivih nevtrinov – in da so ga s pomočjo Nasinega vesoljskega teleskopa Fermi uspeli povezati z verjetnim krajem nastanka.

To je prvič, da smo dobili neposredni dokaz, da lahko astrofizikalni izvori imenovani blazarji ali točneje supermasivne črne luknje, ki ležijo v njihovih središčih, proizvajajo visoko-energijske nevtrine.

Visoko-energijski kozmični delci neprestano dežujejo na Zemljo iz vesolja in vse od odkritja pred več kot sto leti predstavljajo trdovratno skrivnost: Od kod prihajajo? Kaj točno so vesoljski izvori, ki lahko delcem dajo ekstremno visoke energije in jih poženejo čez ogromne vesoljske razdalje?

Ker imajo kozmični delci električni naboj, se njihove poti v magnetnih poljih, ki napolnjujejo vesolje, ukrivijo in zato ne moremo neposredno ugotoviti iz katerih astrofizikalnih izvorov prihajajo. A močni kozmični pospeševalniki delcev, v katerih le-ti nastajajo, proizvajajo tudi nevtrine in fotone. Nevtrini in fotoni nimajo električnega naboja, zato jih magnetno polje ne moti in skorajda nemoteno potujejo od svojih izvorov do nas, kar omogoča znanstvenikom, da lahko določijo iz katerega izvora na nebu so prišli.

Zahvaljujoč napredku pri razvoju velikih astrofizikalnih eksperimentov je v zadnjih desetletjih astrofizikalna skupnost končno dobila potrebna orodja s katerimi lahko poišče odgovor na temeljno vprašanje o izvoru kozmičnih delcev. V zadnjih letih je več posrednih opazovanj kazalo, da so njihov izvor morda astrofizikalni objekti imenovali blazarji. To so središča nekaterih galaksij v katerih supermasivna črna luknja požene curek energije v smeri proti Zemlji. In v tem curku naj bi nastali kozmični delci z najvišjo energijo, kar smo jih zaznali na Zemlji.

Sedaj smo zahvaljujoč mednarodni ekipi znanstvenikov, ki so tesno sodelovali pri več eksperimentih, končno dobili prvi neposredni dokaz te domneve! Odkritje bo objavljeno v dveh člankih v reviji Science 13. julija 2018. V članku, ki obravnave rezultate identifkacije vira nevtrija, bo prvič predstavljen dokaz o povezavi med smerjo iz katere je prišel visoko-energijski nevtrino in povečano svetlostjo znanega blazarja z oznako TXS 0506 + 056, ki oddaja žarke gama (fotone) in leži v isti smeri neba. Nevtrino je zaznal eksperiment Ice Cube na Antarktiki, blišč žarkov gama z blazarja pa kolaboracija Nasinega satelita Fermi LAT v kateri sodeluje dr. Gabrijela Zaharijaš z Univerze v Novi Gorici. Ta rezultat so nato potrdili še s številnimi drugimi observatoriji.

“Satelit Fermi je zaznal žarke gama iz oddaljene galaksije, iz katere je bil zaznan tudi visoko-energijski nevtrino,” je povedal Paul Hertz, direktor Oddelka za astrofiziko na sedežu Nase v Washingtonu. “To je še en velik korak naprej na hitro razvijajočem se področju večglasniške astronomije po lanskoletni detekciji žarkov gama satelita Fermi, ki je povezan z dogodkom gravitacijskega valovanja, ki ga je povzročilo zlitje dveh nevtronskih zvezd.”

To odkritje dveh različnih vrst vesoljskih glasnikov iz blazarja TXS 0506 + 056 (visoko-energijskih fotonov in nevtrinov) osvetljuje podrobnosti fizikalnih mehanizmov, ki se dogajajo v bližini črnih lukenj in kaže, da so blazarji lahko vir visoko-energijskih nevtrinov. Energija nevtrina, ki ga je zaznal detektor IceCube, je bila okrog 300 tisoč milijard elektronskih voltov, kar je okrog 45-krat več, kot lahko dosežejo najmočnejši pospeševalniki delcev na Zemlji.

Povezava do članka: “http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aat1378”

Prašnato in vroče dogajanje okoli supermasivne črne luknje (podoba je računalniška vizualizacija). Temni del je prašnati disk, ki se segreva in sveti, kar se lahko imenuje kvazar. Če je en od obeh ozkih žarkov usmerjen proti Zemlji, gre za blazar. V žarku je veliko visokoenergijskih kozmičnih delcev (atomskih jeder, protonov ...). Foto: ESA/NASA, the AVO project and Paolo Padovani
Nasin vesoljski teleskop Fermi, katerega poglavitni instrument je LAT (Large Area Telescope), je bil izstreljen leta 2008. Foto: NASA E/PO, Sonoma State University, Aurore Simmonet
Ponazoritev opazovalnice IceCube na Antarktiki. Foto: IceCube Collaboration/Google Earth: PGC/NASA U.S. Geological Survy Data SIO,NOAA, U.S. Navy, NGA, GEBCO Landsat/Copernicus
Štirje glasniki o oddaljenem. Foto: IceCube Collaboration
Najprej je osamljeni nevtrino zaznal IceCube, teleskop Fermi je poiskal izvor, nato pa je cela plejada opazovalnic opravila dodatna preučevanja. Foto: Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube