Pierwsza identyfikacja pozagalaktycznego źródła neutrin

22 września 2017 roku największe obserwatorium neutrin, IceCube, zarejestrowało neutrino o wysokiej energii, około 290 TeV. To energia przekraczająca 45 razy energie jakie możemy nadać cząstkom elementarnym w najpotężniejszym aktualnie akceleratorze Large Hadron Collider. Wyjątkowość tej rejestracji nie polega jednak na tak wysokiej energii cząstki. Rekordową rejestracją IceCube nadal jest neutrino znane jako "Big Bird" o energii około 2000 TeV z 2013 roku. Tym razem po raz pierwszy udało się powiązać zarejestrowane neutrino z konkretnym źródłem pozagalaktycznym na niebie.

Obserwatorium IceCube znajduje się na biegunie południowym i składa się z wielu bardzo czułych fotometrów zanurzonych w lodzie antarktycznym. Obejmują one dobrze ponad 1 km sześcienny jego objętości. Fotometry te rejestrują bardzo słabe promieniowanie Czerenkowa powstające w lodzie przy przelocie przezeń wysokoenergetycznych cząstek. Stożek tego promieniowania pozwala nie tylko określić energię cząstki, ale także kierunek, z którego ona nadbiegła z całkiem dobrą dokładnością około połowy stopnia kątowego. Do niedawna udawało nam się powiązać rejestrowane neutrina jedynie ze Słońcem oraz supernową z 1987 roku w Wielkim Obłoku Magellana. Tym razem, dzięki współpracy z zespołem Fermi Gamma-Ray Space Telescope udało się dokonać identyfikacji źródła. Obserwatorium Fermi zarejestrowało w obszarze określonym przez IceCube błysk gamma pochodzący z blazara TXS 0506+056. Blazary to aktywne jądra galaktyk (AGNy), gdzie na supermasywną czarną dziurę opadają duże ilości materii. W niezupełnie rozpoznanych jeszcze procesach AGNy wyrzucają dwie silnie skolimowane wiązki materii z prędkościami bliskimi prędkości światła. Jeśli taka wiązka skierowana jest akurat w stronę Ziemi obiekt taki nazywamy blazarem. Ten blazar leży w odległości 3,7 miliarda lat świetlnych od nas i jest widoczny na tle gwiazdozbioru Oriona.

Zidentyfikowanie aktywnych jąder galaktyk jako źródła neutrin o bardzo wysokich energiach jest przełomem w rozwoju astronomii neutrinowej. Cząstki te niezwykle słabo oddziałują z innymi postaciami materii, co z jednej strony pozwala uzyskiwać informacje o warunkach fizycznych w obszarach wszechświata niedostępnych innym metodom obserwacji, jednak z drugiej czyni tę gałąź astronomii niezwykle wymagającą. Prace wskazujące na możliwość tworzenia neutrin w relatywistycznych strugach AGN-ów znane są już od końca XX wieku. Ogromna gęstość energii w strugach pozwala na wyzwalanie neutrin przy zderzeniach protonów.

Pracę opisującą to odkrycie można przeczytać na stronie magazynu Science.