Obserwatorium Fermi odkryło źródło kosmicznego neutrina

Credits: NASA/Fermi and Aurore Simonnet, Sonoma State University

Po raz pierwszy w historii, korzystając z Kosmicznego Teleskopu Fermi, naukowcy odkryli źródło wysokoenergetycznego neutrina spoza naszej galaktyki. Owo neutrino podróżowało przez 3,7 miliarda lat z prędkością bliską prędkości światła, zanim zostało wykryte na Ziemi. To dalej niż w przypadku jakiegokolwiek innego neutrina, którego źródło dało się zidentyfikować.

Wysokoenergetyczne neutrina to niezwykle trudne do złapania cząstki, które według naukowców powstają w najpotężniejszych zdarzeniach w kosmosie, takich jak łączenie galaktyk czy opadanie materii na supermasywne czarne dziury. Podróżują one z prędkościami niemal równymi prędkości światła i bardzo rzadko oddziałują z inną materią, dzięki czemu przemierzają wszechświat nieniepokojone pokonując odległości rzędu miliardów lat świetlnych.

Neutrino zostało odkryte przez międzynarodowy zespół naukowców wykorzystujący obserwatorium IceCube Neutrino Observatory w amerykańskiej stacji naukowo-badawczej Amundsen-Scott na Antarktydzie. Teleskop Fermi odkrył źródło neutrina odtwarzając trajektorię jego lotu do rozbłysku promieniowania gamma z odległej supermasywnej czarnej dziury w gwiazdozbiorze Oriona.

“Ponownie Fermi pomógł nam dokonał gigantycznego skoku w nowej, powstającej dopiero dziedzinie astronomii” mówi Paul Hertz, dyrektor Działu Astrofizyki w siedzibie głównej NASA w Waszyngtonie. “Neutrina i fale grawitacyjne dostarczą nam nowego typu informacji o najbardziej ekstremalnych miejscach we wszechświecie. Jednak aby lepiej zrozumieć, co one nam właściwie mówią, musimy połączyć je z najlepszym ‘informatorem’ jakiego znają astronomowie – światłem”.

Naukowcy badają neutrina, promienie kosmiczne oraz promieniowanie gamma, aby lepiej zrozumieć co się dzieje w otoczeniu supernowych, czarnych dziur czy gwiazd. Neutrina ukazują złożone procesy, które zachodzą właśnie w takich miejscach, promienie kosmiczne dostarczają nam informacje o mocy i prędkości tych gwałtownych procesów. Jednak, aby dowiedzieć się co jest źródłem tych neutrin i promieni kosmicznych, trzeba przyjrzeć się promieniowaniu gamma.

“Najbardziej ekstremalne kosmiczne eksplozje emitują fale grawitacyjne, a najbardziej ekstremalne kosmiczne akceleratory emitują wysokoenergetyczne neutrina i promienie kosmiczne” mówi Regina Caputo z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland, koordynatorka badań za pomocą teleskopu Fermi LAT. “Dzięki teleskopowi Fermi, promienowanie gamma jest w stanie połączyć każdy z tych nowych kosmicznych sygnałów”.

Odkrycie stanowi temat dwóch artykułów naukowych opublikowanych w czwartek w periodyku Science.

22 września 2017 roku naukowcy korzystający z IceCube zarejestrowali ślady uderzenia neutrina w lód Antarktydy z energią 300 bilionów elektronowoltów – 45-krotnie wyższą niż osiągana w najsilniejszym akceleratorze cząstek na Ziemi. Tak wysoka energia silnie wskazywała na to, że neutrino musi pochodzić spoza Układu Słonecznego. Prześledzenie ścieżki neutrina w IceCube wskazało naukowcom miejscem na niebie, z którego przybyło neutrino, a zautomatyzowany system ostrzegania poinformował naukowców na całym świecie, że warto obserwować ten obszar w poszukiwaniu flar czy rozbłysków, które mogłyby być związane ze zdarzeniem, które doprowadziło do emisji neutrin.

Dane z teleskopu Fermi-LAT ukazały wzmożoną emisję promieniowania gamma z dobrze znanej aktywnej galaktyki. Jest to blazar z supermasywną czarną dziurą o masie milionów-miliardów mas Słońca, która emitują dżety cząstek z prędkością bliską prędkości światła. Blazary są obiektami szczególnie jasnymi i aktywnymi ponieważ jeden z ich dżetów skierowany jest niemal bezpośrednio w stronę Ziemi.

Odkrycie wysokoenergetycznego neutrino 22 września 2017 roku sprowokowało naukowców do poszukiwania jego źródła – supermasywnej czarnej dziury w odległej galaktyce.
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center

Naukowiec z projektu Fermi, Yasuyuki Tanaka z Uniwersytetu w Hiroszimie jako pierwszy połączył neutrino z blazarem TXS 0506+056.

“Fermi LAT monitoruje całe niebo w zakresie promieniowania gamma i bezustannie analizuje aktywność 2000 blazarów, ale to TXS 0506 naprawdę się wyróżnia” mówi Sara Buson z Goddard, która wraz z Anną Franckowiak z Deutsches Elektronen-Synchrotron wykonała analizę danych. “Blazar ten znajduje się blisko środka nieba względem IceCube, i w momencie zarejestrowania neutrina był najbardziej aktywny od niemal dekady obserwacji za pomocą teleskopu Fermi”.

Źródło: NASA