Az első neutrínó kép egy aktív galaxisról

A Déli-sarkon található IceCube Obszervatórium több mint tíz éve figyeli az extragalaktikus neutrínók fényhatásait. A Müncheni Műszaki Egyetem (TUM) által vezetett nemzetközi kutatócsoport az obszervatóriumi adatok kiértékelése során nagy energiájú neutrínósugárzás forrását fedezte fel az NGC 1068 aktív galaxisban, más néven Messier 77-ben.

Az univerzum tele van titkokkal. Az egyik ilyen rejtély olyan aktív galaxisokat foglal magában, amelyek középpontjában szupermasszív fekete lyukak találhatók. „Ma még nem tudjuk pontosan, milyen folyamatok mennek végbe ott” – mondja Elisa Risconi, a TUM kozmikus részecskékkel foglalkozó kísérleti fizika professzora. Csapata most nagy lépést tett ennek a rejtélynek a megoldása felé: az asztrofizikusok nagy energiájú neutrínóforrást fedeztek fel az NGC 1068 spirálgalaxisban.

Nagyon nehéz az aktív galaxisok középpontjait feltárni olyan teleszkópokkal, amelyek érzékelik a látható fényt, a gamma- vagy az űrből érkező röntgensugarakat, mert a kozmikus porból és forró plazmából álló felhők elnyelik a sugárzást. Csak a neutrínók tudnak kiszabadulni a pokolból a fekete lyukak szélén. Ezeknek a neutrínóknak nincs elektromos töltése és szinte nincs tömegük. Átjárják a teret anélkül, hogy az elektromágneses mezők eltérítenék vagy elnyelnék őket. Ez nagyon megnehezíti a felismerést.

A neutrínócsillagászat eddigi legnagyobb akadálya a nagyon gyenge jel és az erős háttérzaj elválasztása, amelyet a Föld légköréből származó részecskék hatása okoz. Sok évnyi mérésre volt szükség az IceCube Neutrino Obszervatórium és új statisztikai módszerek segítségével ahhoz, hogy Resconi és csapata elegendő neutrínó eseményt gyűjtsön össze a felfedezéshez.

Nyomozói munka az Örök jégben

Az antarktiszi jégben található IceCube teleszkóp 2011 óta észleli a lehullott neutrínók fénynyomait. „Energiájuk és beesési szögük alapján rekonstruálhatjuk, honnan származtak” – mondja Dr. Theo, a TUM tudósa. Glush. „A statisztikai értékelés az NGC 1068 aktív galaxis irányából érkező neutrínóhatások nagyon fontos halmazát mutatja. Ez azt jelenti, hogy szinte teljes bizonyossággal feltételezhetjük, hogy a nagy energiájú neutrínósugárzás ebből a galaxisból származik.”

A 47 millió fényévnyire lévő spirálgalaxist már a 18. században felfedezték. Az NGC 1068 – más néven Messier 77 – alakjában és méretében hasonló a mi galaxisunkhoz, de a közepe nagyon fényes, és sokkal fényesebb, mint a teljes Tejútrendszer, bár a középpontja nagyjából akkora, mint a mi Naprendszerünk. Ez a központ egy „aktív magot” tartalmaz: minden fekete szupernóvát, amelynek tömege körülbelül százmilliószorosa Napunk tömegének, és amely nagy mennyiségű anyagot nyel el.

De hogyan és hol keletkeznek ott neutrínók? „Egyértelmű forgatókönyvünk van” – mondja Risconi. „Úgy gondoljuk, hogy a nagyenergiájú neutrínók a fekete lyuk közelében lévő anyag intenzív gyorsulásának az eredménye, ami nagyon nagy energiákra emeli azt. Részecskegyorsítókkal végzett kísérletekből tudjuk, hogy a nagy energiájú protonok neutrínókat generálnak, amikor más részecskékkel ütköznek. más szóval: találtunk egy kozmikus gyorsítót.

Neutrinó obszervatóriumok az új csillagászathoz

Az NGC 1068 az eddig felfedezett nagyenergiájú neutrínók statisztikailag legjelentősebb forrása. Több adatra lesz szükség a gyengébb és távolabbi neutrínóforrások lokalizálásához és kivizsgálásához – mondja Risconi, aki nemrégiben nemzetközi kezdeményezést indított egy több köbkilométer térfogatú neutrínótávcső megépítésére az északkeleti és a Csendes-óceánon. A neutrínó kísérlet, P-ONE. A tervezett második generációs IceCube obszervatóriummal, az IceCube Gen2-vel együtt adatokat szolgáltat majd a jövőbeli neutrínócsillagászathoz.