Високоенергийните космически неутрино пораждат както изненади, така и загадки, откакто са открити през 2013 г. от  детекторите в обсерваторията за неутрино IceCube, които се намират на километър дълбочина вътре в антарктическия лед.

Наскоро колаборацията IceCube представи доказателства за източник на неутрино в данните, записани между 2011 и 2020 г. Произходът на неутриното е проследен до галактиката Messier 77, известна също като NGC 1068.

Галактиката Месие 77 е открита от френския астроном Пиер Мешан през 1780 г., който първоначално я определя като мъглявина. След това Мешан съобщава за откритието на своя колега, френския астроном Шарл Месие. Месие смята, че силно светещият обект, който е видял, е купчина звезди, но с напредването на технологиите се разбира, че истинският му статут е на галактика.

С диаметър от 100 000 светлинни години Месие 77 (Messier 77) е една от най-големите галактики в каталога на Месие - толкова масивна, че нейната гравитация кара други близки галактики да се усукват и изкривяват. Тя е с видима звездна величина 9,6 и се намира на разстояние 47 милиона светлинни години.

Месие 77 е и една от най-близките галактики с активно галактично ядро. Такива активни галактики са сред най-ярките обекти във Вселената и излъчват светлина в повечето, ако не и във всички дължини на вълната - от гама-лъчи и рентгенови лъчи до микровълни и радиовълни.

Тя е и галактика от тип II на Сейферт, която се характеризира с това, че е особено ярка в инфрачервените вълни. Галактиките на Сейферт са спирални или с неправилна форма с активно ядро, чийто спектър на излъчване съдържа много ярки, широки ивици, показващи мощни газови изблици. Спектрите на галактиките на Сейферт изглеждат различно и са разделени на два типа в зависимост от ширината на емисионните линии - I и II.

_{Концепция на художник за свръхмасивна черна дупка, заобиколена и скрита от газ и прах. Кредит: NASA}

"Свръхмасивна черна дупка, закрита от космически прах, захранва близката активна галактика Месие 77", казва д-р Гари Хил (Gary Hill), астрофизик от катедрата по физика в Университета в Аделаида и член на екипа на IceCube.

"Неутриното, което рядко взаимодейства с материята, би могло да предостави информация за активното ядро на галактиката."

"Търсихме излъчване на неутрино от астрофизични обекти, като използвахме данни, записани с детектора за неутрино IceCube между 2011 и 2020 г."

През 2018 г. IceCube откри първия в историята източник на неутрино, излъчвано от TXS 0506+056 - блазар, разположен край лявото рамо на съзвездието Орион и отдалечен на 4 милиарда светлинни години, от който струи от частици, задвижвани от свръхмасивна черна дупка, насочени право към Земята, излъчват неутрино.

Това доведе до съвместни наблюдения за кратък период от време на неутрино и гама-лъчи.

Месие 77 е около 100 пъти по-близо и досега са идентифицирани около 80 неутрино събития от активната галактика.

За разлика от блазара TXS 0506+056, Месие 77 е ориентирана спрямо Земята по такъв начин, че директният поглед към централната излъчваща област е закрит от прах. Гама-лъчите се поглъщат, но неутриното може да се измъкне безпрепятствено от тези региони.

"След вълнението през 2018 г. от откриването на неутрино от TXS 0506+056 е още по-вълнуващо да открием източник, произвеждащ постоянен поток от неутрино, който можем да видим с IceCube", коментира д-р Хил.

"Фактът, че неутриното може да избяга от вътрешността на тези иначе затъмнени области на Вселената, означава, че то е и трудно за откриване."

"За това са необходими големи детектори като IceCube, който в момента е лидер в областта с инструментален обем от един кубичен километър дълбок лед на Южния полюс."

Много неутрино преминават чисто през Земята, но някои взаимодействат в леда близо до детектора и създават мюони, които излъчват светлинни проблясъци, уловени от над 5000 оптични сензора с размер на баскетболна топка на IceCube, разпределени на 86 наниза, разположени в дупки, пробити на дълбочина почти 2500 м и сега трайно замразени в дълбокия лед.

^{Подземните сензори за откриване на частиците неутрино на IceCube.Илюстрация: IceCube Collaboration}

Светлинните модели се използват за определяне на посоките на пристигане и енергиите на частиците.

"Един от най-хубавите аспекти на изследователския ми път досега е времето, което прекарах на Южния полюс в продължение на много летни сезони, работейки в монтажни екипи, които разполагат детекторните нанизи в леда", разказва д-р Хил.

"Огромният размер на IceCube изискваше многогодишни усилия от стотици хора от цял свят, за да се завърши изграждането и да се разбере реакцията на високоенергийните частици."

"След няколко години ще се върнем на Южния полюс, за да поставим още инструменти в леда, като част от усилията за по-нататъшно усъвършенстване на детектора."

R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration). 2022. Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068. Science 378 (6619): 538-543; doi: 10.1126/science.abg3395

IceCube Observatory Detects High-Energy Neutrinos from Messier 77, Sci.News