«Звёздная фабрика» за 11 миллиардов световых лет оказалась источником космических нейтрино
На протяжении многих лет главными подозреваемыми в производстве высокоэнергетических нейтрино — нейтральных частиц, пронизывающих Вселенную почти без следа, — считались сверхмассивные чёрные дыры, пожирающие материю в центрах активных галактик. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, ставит этот консенсус под сомнение: нейтрино высокой энергии удалось связать с галактикой, где нет активной сверхмассивной чёрной дыры, а происходит лишь интенсивное рождение звёзд.
Галактика, получившая неформальное прозвище Shadow Blaster («Теневой разрушитель»), находится на расстоянии около 11 миллиардов световых лет и существовала в эпоху «космического полдня» — примерно 3 миллиарда лет после Большого взрыва, когда Вселенная переживала пик звёздообразования.
Нейтрино без очевидного источника
В сентябре 2021 года нейтринная обсерватория IceCube на Южном полюсе зафиксировала событие IC 210922A — нейтрино с исключительно высокой энергией, прилетевшее из глубокого космоса. Международная команда астрономов из Японии, Тайваня и США немедленно начала поиск источника.
В области неба, откуда пришло нейтрино, исследователи обнаружили галактику JCMT0402−0424 — компактный объект на красном смещении z = 2,988. Дополнительное наблюдение с помощью радиоинтерферометрической сети ALMA показало, что в результате гравитационного линзирования возникли четыре усиленных изображения этой галактики: их создала гравитация промежуточного объекта. Эффект линзирования позволил детально изучить структуру источника.
Ни рентгеновского, ни гамма-излучения, характерного для активных чёрных дыр, обнаружено не было. Вместо этого — плотное, компактное ядро, где со скоростью в сотни раз выше, чем в нашей Галактике, рождаются новые звёзды.
Как звёзды производят нейтрино
Механизм объясняется следующим образом: в переполненном газом и пылью центре галактики взрывы сверхновых и ветры от массивных молодых звёзд разгоняют космические лучи — потоки заряженных частиц высокой энергии. Эти частицы налетают на плотный газ, окружающий ядро, и в результате столкновений образуются нейтрино. Чёрная дыра для этого не нужна: достаточно мощного, хаотичного звёздообразования в компактном, богатом газом пространстве.
«Нейтрино рождаются непосредственно в процессе звездообразования, а не из чёрной дыры», — поясняют авторы исследования.
Важные факты, подтверждающие связь галактики с нейтрино:
- Галактика расположена внутри 90-процентной зоны локализации события IC 210922A.
- Вероятность случайного совпадения — менее 1%.
- В той же области неба нет других объектов, способных объяснить нейтрино с такой энергией.
- Отсутствие гамма-излучения и рентгеновских вспышек исключает сценарий с активной чёрной дырой.
Один источник — подсказка для всей Вселенной
Почему одна далёкая галактика так важна? Подобные пыльные галактики с интенсивным звёздообразованием — так называемые пыльные звёздообразующие галактики (DSFG) — были чрезвычайно распространены в эпоху «космического полдня». Каждая из них производит ничтожно мало нейтрино, но их совокупный вклад потенциально весом.
До сих пор прямой наблюдательной связи между галактиками типа DSFG и высокоэнергетическими нейтрино не существовало. Shadow Blaster стала первым объектом, закрывшим этот пробел. Это меняет взгляд на природу так называемого диффузного нейтринного фона — суммарного потока нейтрино, поступающих со всей наблюдаемой Вселенной и фиксируемых детекторами вроде IceCube.
Читайте также по теме: Как нейтрино помогают учёным раскрывать тайны солнечного ядра
Открытие ставит новые вопросы: если пыльные звёздообразующие галактики действительно являются значимыми «нейтринными фабриками», то наши модели происхождения высокоэнергетических частиц из космоса придётся пересмотреть — а наблюдательные стратегии будущих детекторов — скорректировать с учётом нового класса источников.
