Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Odkrycie źródła wysokoenergetycznych neutrin kosmicznych dzięki obserwacjom promieniowania gamma

Dwudziestego drugiego września zeszłego roku obserwatorium IceCube wykryło wysokoenergetyczne neutrino (jest to słabo oddziaływująca cząstka elementarna), którego pochodzenie było prawdopodobnie kosmiczne. Wykrycie pojedynczego  neutrina, podobnie jak w przypadku kilkudziesięciu wcześniej obserwowanych w IceCube takich przypadków, nie daje możliwości na zidentyfikowanie ich źródła ze względu na niedostateczną dokładność takich obserwacji. Dlatego szybko po wykryciu tego neutrina rozpoczęły się obserwacje podejrzanego obszaru nieba za pomocą teleskopów astronomicznych rejestrujących różne zakresy promieniowania.  W cztery godziny po rozesłaniu przez zespół IcsCube wezwania rozpoczęły się obserwacje w zakresie wysokich energii w promieniowaniu gamma. Najpierw przez obserwatorium H.E.S.S w Namibii, a potem, po 12 godzinach obserwacje przeprowadziło obserwatorium VERITAS znajdujące się w Arizonie (USA). Następnego dnia obserwacje kontynuowało obserwatorium MAGIC w Hiszpanii na Wyspach Kanaryjskich.   Pierwsze obserwacje dały jedynie górne ograniczenie na jasność promieniowania gamma z ewentualnego źródła neutrin.  Później MAGIC obserwował jeszcze ten obszar nieba w sumie przez 13 godzin, od 24  września do 4 października zeszłego roku. W czasie tych obserwacji pojawił się jaśniejący obiekt, galaktyka TXS 0506+56, którą zidentyfikowano jako możliwe źródło zarówno promieniowania gamma jak i wysokoenergetycznych neutrin z kosmosu. Artykuł na temat tego ważnego odkrycia opublikowano w magazynie Science.

Powyższe obserwacje, prowadzone zresztą też przez wiele innych instrumentów w zakresie od zakresu radiowego do promieni gamma wysokich  energii,  wskazują na to, że źródłem zarejestrowanego neutrina mogła być galaktyka TXS 0506+056 . Galaktyka ta znajduje się w odległości około 4 miliardów  lat świetlnych od Ziemi i jest tak zwanym "blazarem", czyli zawiera masywną czarną dziurę, na którą spada materia, co powoduje wypływy z jej pobliża strug materii i pól magnetycznych z prędkością bliską prędkości światła. Blazar to taki obiekt w którym ten wypływ obserwujemy wzdłuż kierunku wypływu takiej strugi, w ktorej zachodzi przyspieszanie cząstek do bardzo wysokich energii. Z obserwacji promieni gamma nie możemy określić, czy są to elektrony, czy też protony i cięższe jądra atomowe. Natomiast obserwacja neutrin to niewątpliwy ślad po przyspieszanych protonach lub nawet jądrach, które zderzając się cząstkami gazu międzygwiazdowego tworzą piony (nietrwałe cząstki elementarne), które następnie rozpadają się emitując neutrina.

Wykrycie promieni gamma w koincydencji z neutrinami fascynuje naukowców, gdyż ich powstanie musi być związane z przyspieszaniem protonów/jąder atomowych do wysokich energii, które stają się składową tzw. promieni kosmicznych. Pochodzenie promieni kosmicznych stanowiło zagadkę dla  naukowców od ich odkrycia ponad 100 lat temu.  Obserwacja promieni gamma i neutrin z blazara to pierwszy bezpośredni dowód na istnienie w tych obiektach kosmicznych akceleratorów protonów. Ponadto jest to kolejny sukces nowo rozwijającej się astronomii wykorzystującej różne nośniki informacji (ang. "multimessenger astronomy"), w której łączone są obserwacje nie tylko w różnych zakresach widma elektromagnetycznego, ale także docierających do nas cząstek i innych fal: fale elektromagnetyczne, neutrina, promienie kosmiczne czy fale grawitacyjne.

Artykuł w którym przedstawione są wyniki obserwacji „Multimessenger Observations of a flaring blazar coincident with high energy neutrino IceCube-170922A” został opublikowany w magazynie Science 13 lipca. Współautorami tej pracy są badacze (prof. M. Ostrowski i dr hab. Marek Jamrozy) oraz doktoranci (mgr N. Żywucka-Hejzner i mgr A. Priyama Noel) z Obserwatorium Astronomicznego UJ.  Było to możliwe dzięki temu, że w pracach obserwatorium H.E.S.S  biorą szeroki udział naukowcy z Polski, z CAMK PAN, IFJ PAN, UW, UMK, oraz jak zaznaczono wyżej z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Można też dodać, że w  obserwacjach obserwatorium MAGIC biorą udział naukowcy z Uniwersytetu Łódzkiego, a polskie prace we wspomnianych projektach wspierane są przez granty Narodowego Centrum Nauki.