Najenergetskiji neutrino ikada (KM3-230213A, ≈220 PeV) možda potiče od kolektivne populacije blazara, a ne iz jednog izolovanog izboja. Model zasnovan na AM3 softveru pokazuje najbolje uklapanje za baryonsko opterećenje ≈10 i protonski indeks ≈1.8, pri čemu su vrednosti >100 odbačene. Rešenje je u saglasnosti sa ograničenjima IceCube-a, Auger-a i Fermi-LAT-a, ali izvor još nije potvrđen — potrebni su dalji podaci iz KM3NeT-a.
Blazari Napajani Crnim Rupama Mogu Objasniti Najenergetskiji Neutrino Ikada Detektovan
Visualization of the ultra-high-energy neutrino event detected by the KM3NeT/ARCA detector in the Mediterranean Sea. The colored tracks show the Cherenkov light produced as secondary particles travel through the water and are recorded by the detector's optical modules. (CREDIT: KM3NeT)
U februaru 2023. jedna čestica je prešla Sredozemno more noseći gotovo neverovatnu količinu energije. Detektovana daleko od obale Sicilije od strane neutrinskog teleskopa KM3NeT/ARCA, čestica označena kao KM3-230213A imala je približno 220 PeV (2.2×1017 eV) — najviše izmerene energije za pojedinačni neutrino do danas.
Događaj je odmah privukao pažnju jer je njegova energija više od jednog reda veličine veća od ranije registrovanih visokenergetskih neutrina, a neposredni elektromagnetni pandan (u radio, optičkom, X ili gama opsegu) nije pronađen.
Differential luminosity for gamma-rays and neutrinos (all-flavor) as a function of the energy. The values of the baryonic loading and the proton spectral index have been fixed at 10 and 1.8, respectively. (CREDIT: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)
Nova interpretacija: populacija blazara
U novom radu objavljenom u Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, autori predlažu da ovaj ekstremni neutrino ne mora da potiče od jedne pojedinačne eksplozije ili flara. Umesto toga, on bi mogao biti deo difuznog fluksa koji proizvodi šira populacija blazara — aktivnih galaktičkih jezgara sa mlazovima usmerenim ka Zemlji i pokretanim supermasivnim crnim rupama.
„Ne isključuje se mogućnost tačkastog izvora, ali razmatramo i difuzni pozadinski tok neutrina koji uključuje doprinos mnogih izvora,“ rekao je Meriem Bendahman (INFN Naples, član KM3NeT kolaboracije).
Kako su autori testirali hipotezu
Istraživači su koristili otvoreni softver Astro-Multimessenger Modeling (AM3), koji simulira emisije jednog blazarskog mlaza u okviru jedne-zone i potom skalira svojstva na čitavu populaciju. Mnogi parametri su fiksirani prema prosečnim vrednostima iz ranijih studija (magnetsko polje, brzina mlaza, veličina emisione zone, luminositet elektrona), dok su dve ključne promenljive bile:
Test statistic contour plot in terms of baryonic loading (η) and the proton spectral index (αp) for the joint KM3NeT/ARCA and IceCube analysis. The best-fit value is reported with a red star. (CREDIT: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)
- Baryonsko opterećenje (koliko energije protoni nose u odnosu na elektrone)
- Protonski spektar (indeks αp koji određuje raspodelu energetskih protona)
Neutrini u ovim modelima nastaju putem interakcija protona unutar mlaza; za svaku kombinaciju parametara izračunavan je i difuzni neutrinski fluks i prateći gama-fluks.
Rezultati i ograničenja
Najbolje uklapanje dobijeno je za baryonsko opterećenje od oko 10 i indeks protonskog spektra αp ≈ 1.8. Vrednosti baryonskog opterećenja iznad 100 su snažno nepodobne (odbacivanje na >3σ). Analiza pokazuje i preferenciju ka „tvrđim“ (hard) spektarima protona sa αp ≤ 2.
Neutrino diffuse spectral energy distribution for blazars in terms of the energy for a single neutrino flavour. The dark blue solid line represents the best fit, while the shaded region is the 1σ band. (CREDIT: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)
Važna napomena iz rezultata: u ovom scenariju blazari doprinose neznatno ukupnom difuznom neutrinskom fluksu ispod otprilike 1 PeV, što znači da objašnjenje ne zahteva veliku produkciju neutrina na nižim energijama.
Autori su testirali konzistentnost modela sa podacima drugih instrumenata: predviđeni neutrinski spektar je u skladu sa ograničenjima iz IceCube, Auger i ANTARES, a prateća gama-emisija ne prelazi izmeren nivo egztragalaktičke gama-pozadine od strane Fermi-LAT. U najboljem uklapanju, gama-izlaznost iznosi oko 42% egztragalaktičke gama-pozadine, što je ispod konzervativne gornje granice od 86% upotrebljene u radu.
Test statistic contour plot in terms of baryonic loading (η) and the proton spectral index (αp) for the KM3NeT/ARCA-only analysis. The best-fit value is reported with a red star. (CREDIT: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)
Šta ovo znači i šta sleduje
Rad ne tvrdi da je pronađen konačan izvor — autorima je jasna razlika između verovatnog tumačenja i potvrde. KM3-230213A nije povezan sa specifičnim blazarom, a KM3NeT je događaj detektovao dok je radio sa samo 21 detekcionom jedinicom — oko 10% planiranog konačnog volumena.
Kako KM3NeT bude dovršavan i bude prikupljao više događaja, biće moguće sprovesti jače statističke analize kojima će se proveriti da li je ovaj mediteranski egzemplar retka anomalija ili deo šire astrofizičke populacije. Ako se interpretacija potvrdi, blazari bi mogli igrati značajniju ulogu u akceleraciji čestica do ekstremnih energija i u poreklu najmoćnijih kosmičkih zraka.
Izvor i dalje dostupan: rad objavljen u Journal of Cosmology and Astroparticle Physics; originalna priča objavljena u The Brighter Side of News.
Pomozite nam da budemo bolji.
