Вчені з UCLA зробили відкриття, яке пролило світло на загадку нейтрино, що походять з галактики NGC 1068.

Дослідники висунули нову теорію щодо джерела високоенергетичних частинок з далекої галактики NGC 1068, що може істотно вплинути на наше сприйняття космічних явищ.

Вчені з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) представили новаторське пояснення загадкового феномену, пов'язаного з високоенергетичними частинками, виявленими з віддаленої галактики NGC 1068. Це відкриття, яке було опубліковане 18 квітня в журналі Physical Review Letters, розв'язує давню проблему, що тривала в астрономічних колах: чому ця галактика випромінює значну кількість нейтрино, в той час як її гамма-випромінювання є несподівано низьким. Це явище викликає питання щодо традиційних астрофізичних теорій.

Щоб виявити ці практично невидимі субатомні частинки, дослідники використовують унікальну обсерваторію IceCube, яка знаходиться на великій глибині під антарктичними льодовиками. Тисячі спеціально розроблених датчиків діють як "очі", які здатні реєструвати нейтрино, коли вони проходять через Землю.

"Ми маємо телескопи, які використовують світло для спостереження за зорями, але багато астрофізичних систем також випромінюють нейтрино", -- пояснює Александр Кусенко, професор фізики та астрономії UCLA та старший науковий співробітник Kavli IPMU. "Для спостереження за нейтрино потрібен інший тип телескопа, і саме такий телескоп ми маємо на Південному полюсі".

Особливу загадку у спостереженнях NGC 1068 становить розбіжність між сигналами нейтрино та гамма-випромінюванням. Зазвичай, коли астрофізики реєструють високоенергетичні нейтрино з космічного простору, вони також фіксують потужне гамма-випромінювання в той же час.

Наукова команда, що складається з дослідників з UCLA, Університету Осаки та Токійського університету, виявила, що процес утворення нейтрино, ймовірно, відбувається за зовсім іншим принципом, ніж вважалося раніше. В їхньому дослідженні пояснюється, що ядра гелію, які прискорюються в інтенсивних струменях з центральної чорної діри галактики, взаємодіють з ультрафіолетовими фотонами, внаслідок чого відбувається їх розпад. Це призводить до вивільнення нейтронів, які потім перетворюються у нейтрино, при цьому не супроводжуючись потужним гамма-випромінюванням.

"Водень і гелій — це два найбільш поширених елементи у всесвіті", — підкреслює Коічіро Ясуда, перший автор дослідження та докторант UCLA. "Водень містить лише один протон, і при його взаємодії з фотонами відбувається утворення нейтрино та потужного гамма-випромінювання. Натомість нейтрони можуть генерувати нейтрино іншим шляхом, який не супроводжується випромінюванням гамма-променів. Саме тому гелій вважається найймовірнішим джерелом нейтрино, які ми фіксуємо з NGC 1068."

Нова модель має кілька переваг порівняно з традиційними поясненнями. Вона пояснює, чому сигнал нейтрино з NGC 1068 значно перевищує її гамма-випромінювання. Енергії утворених нейтрино (діапазон 1-100 ТеВ) відповідають спостереженням. Модель також пояснює особливий енергетичний спектр, який спостерігається як у нейтрино, так і в гамма-променях, та надає розуміння екстремальних умов навколо надмасивних чорних дір.

"Ця концепція відкриває нові перспективи, які перевершують звичайні уявлення про корональні структури. NGC 1068 є тільки однією з численних галактик у Всесвіті, і майбутні спостереження нейтрино з цих об'єктів допоможуть підтвердити нашу гіпотезу та пролити світло на походження цих таємничих частинок," – підкреслює співавтор дослідження, професор астрофізики з Університету Осаки Йошіюкі Іноуе.

Професор Кусенко підкреслює значення фундаментальних досліджень, проводячи аналогії з важливими історичними відкриттями. Він згадує про відкриття електрона Дж. Дж. Томпсоном, яке спочатку сприймалося як "найнепотрібніше відкриття в історії", але згодом стало основою сучасної електроніки. Аналогічно, дослідження в галузі фізики частинок дали поштовх до створення Всесвітньої павутини, а вивчення ядерного магнітного резонансу стало основою для технології МРТ.

Це відкриття має потенційні наслідки і для нашої галактики Чумацький Шлях, у центрі якої також знаходиться надмасивна чорна діра з подібними фізичними процесами. "Ми не багато знаємо про центральну, екстремальну область поблизу галактичного центру NGC 1068", -- зазначає Кусенко. "Якщо наш сценарій підтвердиться, це розповість нам щось про середовище поблизу надмасивної чорної діри в центрі цієї галактики".

"Ми стоїмо на самому початку нової галузі нейтринної астрономії, і загадкові нейтрино з NGC 1068 -- одна з головоломок, які нам потрібно розв'язати на цьому шляху", -- додає Кусенко. Він підкреслює важливість державного фінансування науки та роль університетів у проведенні фундаментальних досліджень, результати яких можуть мати далекосяжні наслідки для майбутніх технологій.