Tag - TXS 0506 + 056

Kosmiczna cząstka wyrzucona z odległej galaktyki uderza w Ziemię

Nautrina z blazarów

Cztery miliardy lat temu ogromna galaktyka z czarną dziurą w centrum wyrzuciła strumień cząstek z prędkością prawie równą prędkości światła. Jedna z tych cząsteczek, neutrino, które jest zaledwie ułamkiem wielkości zwykłego atomu, przemierzyła wszechświat po kursie kolizyjnym do Ziemi, w końcu uderzając w lodową ścianę Antarktydy we wrześniu ubiegłego roku. Przypadkowo, detektor neutrin zainstalowany przez naukowców w lodzie wykrył naładowane neutrino oddziałujące z lodem, co zaowocowało niebieskim błyskiem światła trwającym zaledwie chwilę. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science.

Detekcja neutrina spoza naszego układu słonecznego zdarza się w historii po raz drugi. Po raz pierwszy zaś udało się potwierdzić, że neutrina powstają w supermasywnych czarnych dziurach w centrach galaktyk – co było nieoczekiwanym odkryciem.

Neutrina są wysoce energetycznymi cząstkami, które rzadko wchodzą w interakcję z materią, przechodząc przez nią tak, jakby jej tam nie było. Ustalenie rodzaju kosmologicznych zdarzeń, które tworzą te cząstki, ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia natury wszechświata. Ale jedynym potwierdzonym źródłem neutrin, innym niż nasze Słońce, jest supernowa, która została zarejestrowana w 1987 roku.

Fizycy wysnuli już wiele teorii na temat tego, jakie wydarzenia astronomiczne mogą tworzyć neutrina, a niektórzy sugerują, że źródłem mogą być blazary. Blazary to masywne galaktyki z czarnymi dziurami w centrum, które próbują zasysać za dużo materii naraz, powodując wyrzucanie cząstek z niesamowitymi prędkościami. Działając jak gigantyczne odpowiedniki ziemskich akceleratorów cząstek, uważa się, że strumienie  z blazarów wytwarzają promieniowanie kosmiczne, które z kolei może tworzyć neutrina.

To [odkrycie] jest szczególną szansą natury

– mówi Darren Grant, główny naukowiec zespołu, który pierwszy odkrył neutrino wysokoenergetyczne, w ramach projektu wykrywania neutrin w lodzie, nazwanym IceCube.

Jest tam blazar, w którym zaistniało zdarzenie i tak się akurat zdarzyło się, że go złapaliśmy. To jedna z tych chwil, w których krzyczy się Eureka. Masz nadzieję, że spotkasz je kilka razy w swojej karierze i to była jeden z takich właśnie chwil.

-mówi.

Kosmiczna wiadomość

22 września 2017 r. neutrino dotarło do pokrywy lodowej Antarktydy, przechodząc przez kryształ lodu pod właściwym kątem, aby w wyniku interakcji z nim utworzyć cząstkę subatomową (zwaną mionem). Powstały niebieski błysk został zarejestrowany przez jeden z 5160 detektorów IceCube, osadzonych w lodzie. Darren Grant był w biurze, kiedy nastąpiło odkrycie. To neutrino było około 300 milionów razy bardziej energetyczne niż te emitowane przez Słońce.

Grant i jego kolega krótko podziwiali doskonały obraz przedstawiający trajektorię mionu, który dostarcza podstawowych informacji niezbędnych do rozpoczęcia śledzenia pochodzenia neutrin. Jego zespół obserwuje około 10 do 20 wysokoenergetycznych neutrin każdego roku, ale odpowiednia kombinacja zdarzeń – na przykład w przestrzeni, czasie i energii – jest potrzebna do precyzyjnego wskazania źródła neutrin. Takie dostosowanie dotychczas wymykało się naukowcom. Gdy zespół Granta rozpoczął analizę, zaczęli oni wąski region: wyjątkowo jasny blazar o nazwie TXS 0506 + 056.

IceCube zatrudnia ponad 5000 detektorów obniżonych na 86 strunach do prawie 100 otworów w lodzie antarktycznym. Źródło: NSF / B. Gudbjartsson, IceCube Collaboration

IceCube zatrudnia ponad 5000 detektorów obniżonych na 86 strunach do prawie 100 otworów w lodzie antarktycznym. Źródło: NSF / B. Gudbjartsson, IceCube Collaboration

Po tym odkryciu, automatyczny alert wysłano do innych zespołów astronomów na całym świecie, które monitorują różne nadchodzące sygnały kosmiczne, takie jak promieniowanie radiowe i promienie gamma. Kilka dni później zespół naukowców używających teleskopu MAGIC na Wyspach Kanaryjskich zakomunikował ekscytującą wiadomość: przybycie neutrina zbiegło się z emisją promieni gamma – które są energicznymi fotonami – również pochodzących z kierunku TXS 0506 +056.

Inne zespoły analizujące region po wstępnym wykryciu zaobserwowały również zmiany w emisji promieniowania rentgenowskiego i sygnałów radiowych. Łącznie dane te są ogromnym krokiem naprzód dla fizyków jeśli chodzi o zrozumienie mechanizmu działania blazarów i kosmicznych wydarzeń związanych z fizyką wysokiej energii.

John Learned z University of Hawaii, w Manoa, który nie był zaangażowany bezpośrednio w badania, stwierdził, że dane wskazujące na blazar jako źródło są bardzo przekonujące i podkreśla wagę tego odkrycia.

Jest to realizacja wielu naukowych marzeń. Neutrina o wysokich energiach mogą nam wiele powiedzieć o wnętrzach tych wyjątkowo świetlistych obiektów… Implikacje tego odkrycia polegają na tym, że jesteśmy wreszcie w stanie… zaglądnąć do wewnątrz najgęstszych i świetlistych obiektów

-mówi.

Ta detekcja dostarcza również pierwszego dowodu na fakt, iż blazar może wytwarzać protony o wysokiej energii potrzebne do generowania neutrin. Źródła protonów wysokoenergetycznych pozostają w dużej mierze zagadką, więc identyfikacja jednego z takich źródeł jest kolejnym dużym krokiem naprzód dla astronomów.

To naprawdę przekonujące, że udało się ułożyć jeden element tej układanki

– mówi z kolei Grant.

Klejnoty z przeszłości

Zaczyna robić się ciekawiej.

Spojrzeliśmy wstecz na dane archiwalne zebrane od 2010 r. odnośnie tego konkretnego blazara, a to, co odkryliśmy, było naprawdę niezwykłe

– mówi Grant.

Zapora wysokoenergetycznych neutrin i promieni gamma z TXS 0506 + 056 dotarła na Ziemię pod koniec 2014 r. I na początku 2015 r. W tym czasie system ostrzegania w czasie rzeczywistym IceCube nie działał w pełni, więc inne zespoły naukowe nie były świadome odkrycia. Ale teraz te poprzednie neutrina są na radarze naukowców, zapewniając bardziej długoterminowy wgląd w życie blazara.

Dane pokazują również, że emisje radiowe z TXS 0506 + 056 stopniowo wzrastały w ciągu 18 miesięcy poprzedzających wrześniowe wykrycie neutrin. Greg Sivakoff, profesor nadzwyczajny z University of Alberta, który również był zaangażowany w analizę danych, twierdzi, że czarna dziura zaczęła pochłaniać otaczającą materię znacznie szybciej w tym czasie, powodując przyspieszenie emisji cząstek.

Naukowcy kontynuują monitorowanie TXS 0506 + 056, mając nadzieję, że dowiedzą się więcej o tym wydarzeniu. Jeden z zespołów, który przeprowadził szczegółową analizę, aby ustalić, jak daleko od nas jest blazar, zdumiony był odkryciem, iż znajduje się on w odległości czterech miliardów lat świetlnych od nas. TXS 0506 + 056 zawsze był uważany za jasny obiekt na niebie, jasność w takiej odległości czyni go jednym z najjaśniejszych obiektów we wszechświecie. Bez wątpienia przyszłe badania tego potężnego blazara przyniosą cenny wgląd w najbardziej energetyczne wydarzenia, które wystąpią w naszym wszechświecie.

Właśnie otwieramy nowe drzwi i chciałbym móc powiedzieć, co znajdziemy za nimi. Ale gwarantuję, że inicjacja tego nowego sposobu obserwacji wszechświata przyniesie niespodzianki i nowe spostrzeżenia. Analogicznie to tak, jakby zapytać Galileusza, co pokaże jego nowy teleskop astronomiczny.

– stwierdził Learned.

Źródło: Astronomy.com