Kosmiczny duch wreszcie namierzony. Pochodzi z galaktyki widma odległej o 11 miliardów lat
Namierzenie źródła pojedynczego neutrina zaprowadziło astronomów do galaktyki oddalonej o 11 miliardów lat świetlnych. To pierwszy dowód, że „kosmiczne duchy” powstają również w gwiazdotwórczych fabrykach wczesnego Wszechświata, a nie tylko w otoczeniu czarnych dziur.
Wyobraź sobie cząstkę tak lekką i obojętną, że w każdej sekundzie przez centymetr kwadratowy twojej skóry przelatuje ich sto miliardów, nie zostawiając żadnego śladu. Właśnie jedną taką cząstkę, nazywaną często „duchem”, udało się astronomom wytropić aż do jej źródła – odległej o 11 miliardów lat świetlnych, pradawnej galaktyki. To pierwszy dowód, że galaktyki, w których gwiazdy rodzą się w szaleńczym tempie, mogą być kluczowymi fabrykami wysokoenergetycznych neutrin we Wszechświecie.
Kosmiczny duch, który przyleciał z odległej przeszłości
→ Czytaj też: Skąd się biorą neutrina wysokich energii? Zagadka, która wciąż czeka na rozwiązanie
Neutrina zasłużyły na swoją upiorną reputację z powodu niemal zerowej masy i braku ładunku elektrycznego, co pozwala im przenikać przez materię jak przez mgłę. Wykrycie choćby jednego z nich to ogromne wyzwanie techniczne, a jednak międzynarodowy zespół naukowców dokonał tego dzięki obserwatorium IceCube na Antarktydzie. Chodziło o zdarzenie oznaczone kodem IC 210922A. Namierzenie go zapoczątkowało kosmiczne śledztwo, które trwało pół dekady. Astronomowie przeczesali przestrzeń w kierunku gwiazdozbioru Erydanu, szukając czegokolwiek – błysku gamma, supernowej, rozerwania gwiazdy przez czarną dziurę – co mogłoby być elektromagnetycznym odpowiednikiem tego neutrinowego sygnału. Nie znaleźli nic. Żadnego przekonującego kandydata.
Dopiero spojrzenie w podczerwieni i falach submilimetrowych odsłoniło sprawcę. Za pomocą Teleskopu Jamesa Clerka Maxwella, sieci ALMA oraz instrumentów Gemini North, badacze wypatrzyli niezwykle jasną galaktykę o oficjalnej nazwie JCMT0402−0424. Nadali jej wymowny przydomek: Shadow Blaster. Galaktyka była widoczna tylko dlatego, że jej światło zostało potężnie wzmocnione przez soczewkowanie grawitacyjne – masywny obiekt na pierwszym planie zakrzywił czasoprzestrzeń, działając jak kosmiczna lupa. Gdyby nie ten szczęśliwy zbieg okoliczności, źródło neutrina prawdopodobnie pozostałoby na zawsze ukryte w mroku wczesnego Wszechświata.
Gwiazdotwórcza fabryka z martwym sercem
→ Czytaj też: Antyneutrina z reaktora wykryte 240 km dalej. Wystarczyła woda
Shadow Blaster nie jest zwyczajną galaktyką. Po odjęciu zniekształceń soczewkowania naukowcy ujrzeli obraz niezwykle zwartego jądra, wypełnionego gęstymi obłokami gazu i pyłu, które napędzają intensywny proces formowania gwiazd. „Shadow Blaster posiada gęste, bogate w gaz środowisko, które – jak od dawna sugerowały modele teoretyczne – może efektywnie wytwarzać wysokoenergetyczne neutrina” – tłumaczy Yuji Urata z MITOS Science Co. na Tajwanie, główny autor badania opublikowanego 17 czerwca w czasopiśmie Nature Astronomy. Jeśli związek galaktyki z neutrinem się potwierdzi, będzie pierwszym przypadkiem bezpośredniego powiązania pojedynczej, zakurzonej galaktyki gwiazdotwórczej z konkretnym zdarzeniem neutrinowym.
Kluczowy jest tu brak aktywnego, żerującego czarnego dziura w jej centrum. Dotąd sądzono, że głównymi kosmicznymi akceleratorami cząstek są właśnie aktywne jądra galaktyk, wyrzucające potężne dżety materii. Shadow Blaster dowodzi, że nawet ze „uśpionym” sercem, intensywnie tworząca gwiazdy galaktyka potrafi rozpędzić neutrina do ekstremalnych energii. Energia ta pochodzi prawdopodobnie z fal uderzeniowych generowanych przez liczne wybuchy supernowych, charakterystycznych dla tak burzliwego regionu.
Brakujący składnik kosmicznej zupy?
Neutrina są drugimi, po fotonach, najliczniejszymi cząstkami w kosmosie. Zidentyfikowane do tej pory źródła – od Słońca po pojedyncze blazary – nie tłumaczą natomiast ich ogromnej obfitości. Badanie Shadow Blaster rzuca na tę zagadkę zupełnie nowe światło. Galaktyki intensywnie gwiazdotwórcze, zwane też starburst, były powszechne około 10 miliardów lat temu. Oznacza to, że miliardy takich obiektów mogły przez kosmiczne eony nieustannie produkować neutrina. Szacunki zespołu są zaskakująco precyzyjne. „Nasza analiza sugeruje, że ta populacja może odpowiadać za mniej więcej 20 procent obserwowanego rozproszonego tła neutrinowego zmierzonego przez IceCube” – podsumowuje Urata. To jedna piąta całej zagadki, ukryta za nieprzeniknioną mgłą kosmicznego pyłu. Znalezienie odpowiedzi na pozostałą część zagadki będzie wymagało przeanalizowania setek podobnych, odległych galaktyk. Bez grawitacyjnych lup będzie to zadanie niezwykle trudne.
