Galaxie „Shadow Blaster“ možná vyslala na Zemi částici duchů

Vzdálená hvězdotvorná galaxie přezdívaná „Shadow Blaster“ možná vyslala k Zemi záhadnou kosmickou částici. Astronomové věří, že vystopovali původ částice do vzdálenosti 11 miliard světelných let, což znamená průlom v pochopení záhadných neutrin.

Neutrina jsou hojná v celém vesmíru a vysloužila si pověst částic duchů, protože nemají žádný elektrický náboj, mají malou hmotnost a zjevně neinteragují s jinými typy hmoty.

Neutrina mohou vytvářet supernovy, hvězdné jaderné reakce a rozpad těžkých částic. Ale sledování přesně toho, odkud neutrina pocházejí, když detektory jako IceCube Neutrino Observatory v Antarktidě varují před jejich přítomností, se ukázalo pro astronomy obtížnější.

„Zřídka interagují s hmotou, což je přesně důvod, proč mohou cestovat vesmírem téměř nerušeně,“ řekl Dr. Yuji Urata, výzkumník z tchajwanské astronomické výzkumné firmy MITOS Science Co. Ltd.

A pokud je zdrojem objekt, který zůstává stabilní v jasu a nevykazuje žádné výbuchy aktivity, identifikace původu neutrina se zdá být nemožná. Ale hlavní autor Urata a jeho tým měli podle studie zveřejněné 17. června v časopise Nature Astronomy štěstí.

Kosmická náhoda osvětlila galaxii Shadow Blaster krátce po detekci vysokoenergetického neutrina na Zemi, což naznačuje výbuch aktivity, který vedl výzkumníky přímo do galaxie – a může ukázat na nový způsob, jak hledat původ částic duchů.

Jak přišla galaxie Shadow Blaster ke své přezdívce

V roce 2021 detektor IceCube, který má senzory instalované hluboko v antarktickém ledu, zachytil přítomnost vysokoenergetického neutrina – takového, které vědci detekují každé dva až tři roky, řekl Erik Blaufuss, vědecký pracovník z katedry fyziky na University of Maryland. Blaufuss se studie neúčastnil.

Zdá se, že událost, která vytvořila neutrino, nazvaná IC 210922A, nastala v souhvězdí Eridanus a observatoř vydala varování pro astronomickou komunitu.

Vědci provedli rychlá následná pozorování v různých vlnových délkách světla, aby hledali místo původu částice.

Nepodařilo se jim však detekovat explodující hvězdy, gama záblesky, rentgenové záření nebo složky viditelného světla, které by mohly být spojeny s neutrinem.

„Samotná neutrina nám říkají, že se někde na obloze stalo něco energetického, ale obvykle nám přesně neřeknou, jaký je zdroj, jak daleko je nebo jaký typ objektu je vytvořil,“ napsal Urata v e-mailu. „Abychom odpověděli na tyto otázky, potřebujeme světlo: rádiové, submilimetrové, infračervené, optické, rentgenové a gama pozorování.“

Několik dní po vyhlášení výstrahy Urata a jeho kolegové prováděli pozorování pomocí teleskopu Jamese Clerka Maxwella z Východoasijské observatoře a také pomocí Submillimeter Array, které se oba nacházejí poblíž vrcholu Mauna Kea na Havaji. Objevili galaxii bohatou na formování hvězd nazvanou JCMT0402−0424.

Galaxie byla bilionkrát větší než svítivost našeho slunce v infračerveném světle a byla na správném místě, aby mohla být potenciálně spojena s neutrinem.

Tým přezdíval galaxii Shadow Blaster, protože je plná prachu, což z ní dělá rentgenové nebo gama záření, řekl Urata. „Blaster“ odkazuje na myšlenku, že navzdory své skryté povaze by galaxie mohla být silným zdrojem vysokoenergetických částic a neutrin, dodal.

Když výzkumníci provedli další následná pozorování pomocí Atacama Large Millimeter/submilimeter Array v Chile, uvědomili si, že Shadow Blaster se nachází za gravitační čočkou.

Efekt, kdy velká galaxie v popředí pozorování zvětšuje vzdálenou galaxii za sebou, fungující jako kosmická lupa.

„Tento čočkový efekt zvětšil galaxii a umožnil nám studovat skrytou, kompaktní oblast formování hvězd, kterou by jinak bylo mnohem obtížnější detekovat,“ řekl Urata.

Možná klíčový zdroj vysokoenergetických neutrin

Husté hvězdotvorné oblasti v galaxiích, jako je Shadow Blaster, který vytváří nové hvězdy intenzivní rychlostí, mohou poskytnout prostředí plynu, záření a magnetického pole, které působí jako urychlovače částic pro produkci neutrin, dodal.

„Hvězdotvorné galaxie jsou galaxie, které produkují mnoho hvězd, z nichž některé jsou hmotné a rychle shoří, explodují v supernovy, což pravděpodobně urychluje kosmické záření v procesu,“ řekl Justin Vandenbroucke, profesor na katedře fyziky a Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center na University of Wisconsin-Madison. Studie se nezúčastnil.

Během prvních dnů vesmíru, před 10 miliardami let, došlo v galaxiích, jako je Shadow Blaster, k intenzivnímu výbuchu hvězd. Galaxie také vytvořily kosmické paprsky, částice s nejvyšší energií ve vesmíru, které mohou vytvářet neutrina.

Ale vytvořit spojení mezi neutriny a galaxiemi tvořícími hvězdy byl obtížný úkol, vzhledem k tomu, že většina těchto galaxií je vzdálená a slabá kvůli množství prachu, který obsahují – klíčovou složku při tvorbě hvězd. Možnost pozorovat vnitřek Shadow Blasteru gravitační čočkou tento problém zmírnila, řekl Urata.

Hvězdotvorné galaxie jako Shadow Blaster by mohly být klíčovým zdrojem vysokoenergetických neutrin. „Naše analýza naznačuje, že tato populace by mohla přispívat až 20 % pozorovaného difúzního neutrinového pozadí, jak bylo měřeno IceCube,“ řekl Urata.

Nalezení správné galaxie v blízkosti místa, kde neutrino vzniklo, by mohla být náhodná náhoda, poznamenal Vandenbroucke. Vědci „odhadují pravděpodobnost, že se jedná o náhodnou shodu okolností, je asi 1%,“ řekl.

„Detekce více takových spojení mezi touto třídou galaxií a vysokoenergetickými neutriny je nezbytná k tomu, abychom zjistili, zda jsou ve skutečnosti zdroji neutrin.“ Vědci také chtějí vědět, jaké podmínky v galaxii vytvářející hvězdy přispívají k vytvoření neutrin.

Observatoře jako ALMA a mění způsob, jakým astronomové studují vzdálené, prašné, masivní galaxie, řekl Urata.

„Pokud jsou některé z těchto galaxií také zdroji neutrin, pak by neutrina mohla nabídnout zcela nový způsob, jak studovat, jak galaxie formovaly hvězdy, budovaly magnetická pole a urychlovaly kosmické záření, když byl vesmír mladý,“ dodal.

Studie bude motivovat k hledání hlubších souvislostí mezi neutriny a potenciálními zdroji do budoucna, poznamenal Blaufuss. Nalezení neutrin prostřednictvím gravitační čočky by také mohlo umožnit další studium částic duchů, které zůstávají záhadné navzdory desetiletím detekce.

„Neutrina nabízejí druh super rentgenového vidění, což nám umožňuje studovat jevy, které by jinak byly pro naše teleskopy zakryty, způsobem analogickým tomu, jak nám rentgenové přístroje umožňují vidět dovnitř lidí a předmětů,“ řekl Vandenbroucke.