Астрономы нашли источник нейтрино в далекой галактике

Нейтрино — это элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Они могут проходить через звезды, планеты и газовые облака почти без следа. Благодаря этому нейтрино преодолевают огромные расстояния и доносят до нас информацию из очень далеких областей Вселенной. Но по той же причине их трудно поймать, а определить, откуда именно они прилетели, еще сложнее.

Международная группа астрономов изучила событие IC 210922A — так обозначают высокоэнергетическое нейтрино, которое обсерватория IceCube зарегистрировала 22 сентября 2021 года. Высокоэнергетическое нейтрино несет намного больше энергии, чем нейтрино, рождающиеся в Солнце или ядерных реакторах.

Высокоэнергетические нейтрино рождаются не сами по себе. Сначала нужен мощный космический процесс, который разогнал бы протоны и другие частицы почти до скорости света. Потом они сталкиваются с газом, пылью или излучением, и в цепочке распадов появляются нейтрино. Поэтому астрономы ищут рядом с такими событиями места, где есть и быстрые частицы, и плотная среда для столкновений.

Чтобы понять, откуда прилетела эта частица, ученые использовали ALMA — Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку — и другие телескопы. На участке неба, откуда пришло нейтрино, они нашли пыльную галактику JCMT0402−0424. Она находится примерно в 11 млрд световых лет от Земли и ярко светится в субмиллиметровом диапазоне.

Команда прозвала галактику Shadow Blaster — «Теневой бластер». В оптическом диапазоне она почти скрыта пылью, зато ярко светит в субмиллиметровом. Сначала астрономы думали, что внутри находится активная сверхмассивная черная дыра: источники нейтрино, которые находили раньше, в основном получали энергию именно от черных дыр. Но признаков мощного излучения, которое указывало бы на активное ядро, не нашли.

Рассмотреть «Шэдоубластер» удалось благодаря гравитационной линзе. Между ним и Землей оказалась другая галактика: ее гравитация растянула и усилила излучение более далекого объекта. ALMA получила четыре искаженных изображения «Шэдоубластера», по которым астрономы смогли рассмотреть внутреннюю структуру галактики.

Судя по всему, газ и пыль в «Шэдоубластере» нагревает не активное ядро, а бурное звездообразование. В центре галактики нашли небольшую область — размером около 1500 световых лет — где сосредоточено много газа и пыли. В такой плотной среде частицы теоретически могут разгоняться до энергий, при которых рождаются нейтрино вроде IC 210922A.

Это значит, что часть высокоэнергетического нейтринного фона — по оценкам авторов, до 20% — может рождаться не возле черных дыр, а в плотных и богатых пылью областях, где активно формируются звезды.

Ранее астрономы с помощью ALMA обнаружили нейтральный газ в обычных звездообразующих галактиках ранней Вселенной.

Фото International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / T.A. Rector, University of Alaska Anchorage & NSF’s NOIRLab / D. de Martin & M. Zamani, NSF’s NOIRLab / Yuji Urata. MITOS Science Co., LTD.