Otkriven Izvor Visokoenergetskog Neutrina: Galaksija "Shadow Blaster" (JCMT0402−0424)

Astronomi su uspeli da povežu visokoenergetski neutrino sa udaljenom, prašnjavom galaksijom poznatom kao Shadow Blaster (označenom JCMT0402−0424), na udaljenosti od oko 11 milijardi svetlosnih godina. Taj neutrino je putovao ka nama još iz perioda kada je svemir imao približno 3 milijarde godina.

Zašto je ovo važno?

Ovo je prvi dokumentovani pokazatelj da intenzivne zone zvezdanog formiranja, odnosno "dusty" star-forming galaksije, mogu biti izvori visokih energija neutrina. Neutrini su gotovo bez mase i bez električnog naboja, pa prolaze kroz materiju gotovo neometano — i upravo zato je njihovo povezivanje sa pojedinačnim izvorima izuzetno teško, ali i izuzetno vredno za razumevanje kosmičkih akceleratora čestica.

Kako su otkrili Shadow Blaster?

Događaj označen kao IC 210922A detektovala je opservatorija IceCube na Antarktiku pre otprilike pet godina, što je podstaklo talas praćenja u pravcu sazvežđa Eridanus. Iako nisu pronađeni ubedljivi gama-, rendgen- ili optički pandani, tim koji predvodi Yuji Urata koristio je JCMT i SMA da pronađe izuzetno infracrveno sjajnu metu na pravoj poziciji — Shadow Blaster. Potvrda i detaljnija analiza izvedeni su uz pomoć ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) i optičkih/infracrvenih instrumenata na teleskopu Gemini.

Uloga gravitacionog sočiva

Detekcija je bila moguća zahvaljujući snažnom gravitacionom sočivu: masivan objekt između nas i Shadow Blastera pojačao je i izobličio svetlost udaljene galaksije, što je omogućilo da je teleskopi bolje vide i analiziraju. Tim je prvo modelovao objekat koji deluje kao sočivo (njegovu masu i udaljenost) koristeći GMOS i GNIRS instrumente na Gemini North, a tek potom rekonstruisao pravu prirodu izvorne galaksije.

The galaxy JCMT0402−0424, or "Shadow Blaster" identified as a source of a high-energy neutrino detected in 2021. | Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Šta je pronađeno u samoj galaksiji?

Shadow Blaster ima veoma kompaktan, gust centar prepun oblaka gasa i prašine, gde se odvija intenzivan talas zvezdanog formiranja. Takva okruženja su dugoročno teorijski predviđana kao efikasni akceleratori čestica. Značajno je da u ovoj galaksiji nema jasno vidljivih aktivnih mlazeva koje proizvode aktivne supermasivne crne rupe (AGN), što pokazuje da takve jet-aktivnosti nisu neophodne za proizvodnju visokoenergetskih neutrina.

"Shadow Blaster poseduje gust, gasima bogat ambijent za koji su teorijski modeli dugo sugerisali da može efikasno proizvoditi visokoenergetske neutrine", rekao je Yuji Urata iz MITOS Science Co., Ltd. iz Tajvana.

Širi kontekst i ograničenja

Intenzivne starburst galaksije bile su učestalije pre oko 10 milijardi godina i mogle su značajno doprinositi ukupnom neutrinskom pozadinskom zračenju. Autori rada procenjuju da populacija sličnih galaksija može doprineti do ~20% difuznog neutrinskog pozadinskog zračenja koje IceCube meri. Međutim, dokazivanje toga za populaciju u celini biće teško jer većina takvih objekata nije pojačana gravitacionim sočivima i stoga je previše slaba ili udaljena za detaljna posmatranja.

Šta sledi?

Naredni koraci uključuju dodatna posmatranja drugih kandidata u regionu i traženje sličnih veza između neutrina i prašnjavih zvezdanih regiona. Potvrda Shadow Blastera kao izvora zahtevaće nezavisne oznake i statističko potvrđivanje, ali rezultat otvara novi prozor u proučavanje kosmičkih akceleratora čestica van klasičnih AGN modela.

Napomena o neutrinima: dok čitate ovaj tekst, kroz svaki kvadratni centimetar vašeg tela u sekundi prolazi više od 65 milijardi neutrina — oni su među najbrojnijim česticama u svemiru, odmah posle fotona.

Rad tima objavljen je u časopisu Nature Astronomy (17. juni).