"Zamarznięty" detektor na Antarktydzie wyłapał neutrino pochodzące z... czarnej dziury

Detektor neutrin na Antarktydzie wyłapał neutrino pochodzące z odległego kosmosu. Cząstka elementarna została wykryta w antarktycznym lodowcu i pochodzi z bardzo aktywnej czarnej dziury.

IceCube Neutrino Observatory to ogromny, antarktyczny detektor neutrin wybudowany w 2010 roku. Jego lokalizacja nie jest przypadkowa - Antarktydę wybrano z powodu braku zanieczyszczenia promieniowaniem, które mogłoby wypaczyć wyniki obserwacji. Czujniki detektora zostały ukryte głęboko pod lodem, a cała instalacja powala wykrywać neutrina, a więc cząstki elementarne należące do leptonów.

IceCube odnalazł neutrino pochodzące z dalekiego kosmosu

Takich neutrin detektor wykrywa około 275 dziennie, jednak w 2017 roku trafił na okaz szczególny. Zaobserwowano wówczas ogromny błysk wywołany przemieszczaniem się neutrina o energii około 290 bilionów elektronowoltów. Energia była mniej więcej 40 razy większa niż jest w stanie wytworzyć Wielki Zderzacz Hadronów, czyli najwyższy na świecie akcelerator cząstek - pisze "Forbes".

Dlatego też naukowcy są pewni, że rozbłysk był spowodowany przez bardzo silne źródło promieniowania. Badacze byli w stanie określić przybliżony kierunek, z którego przybyło neutrino i przeanalizowali dokładnie daną część nieba.

Szukali odpowiednio silnego źródła promieniowania. Wiedzieli też, że tak energetyczne rozbłyski są w stanie wytworzyć jedynie potężne supernowe (eksplozja dużej, starej gwiazdy) lub bardzo silne pola aktywnych czarnych dziur. Niedawno w obserwowanej części nieba znaleźli znany już wcześniej blazar gamma o dość skomplikowanej nazwie: TXS 0506+056.

Neutrino pochodziło z blazaru

Blazar to rodzaj bardzo aktywnej galaktyki (kwazaru) z położoną centralnie masywną czarną dziurą, która pochłania ogromne ilości materii. Gaz otaczający czarną dziurę zaczyna bardzo szybko wirować wokół horyzontu zdarzeń (sfery, z której nie ma ucieczki), rozgrzewając się do ogromnych temperatur i tworząc dysk akrecyjny. Niedawno mogliśmy zobaczyć to zjawisko na wizualizacji NASA.

Taka czarna dziura podczas pochłaniania materii emituje ogromne ilości promieniowania wysyłanego w przestrzeń międzygalaktyczną pod postacią długiego i cienkiego strumienia (dżetu). I właśnie kwazary z dżetem pod niewielkim kątem skierowanym w stronę Ziemi nazywamy blazarami.

Wykryte w antarktycznym lodzie neutrino pochodziło właśnie z dżetu TXS 0506+056 oddalonego od Ziemi o prawie 6 mld lat świetlnych.

Jak powstało wykryte neutrino?

Naukowcy nie wiedzą jednak, w jaki sposób powstało neutrino. Problem w tym, że jest ono wynikiem zderzenia dwóch protonów, dlatego nie mogło zostać "wygenerowane" bezpośrednio przez czarną dziurę - podaje "Forbes".

Naukowcy podejrzewają, że albo w centrum TXS 0506 + 056 znajduje się układ podwójny czarnych dziur, których dżety łączą się, a protony zderzają, albo pojedyncza czarna dziura nagle zwiększyła swoją aktywność i szybsze protony dogoniły te wolniejsze, wyemitowane w kosmos nieco wcześniej.

Jest jeszcze trzecia opcja i zakłada, że protony wyemitowane przez TXS 0506+056 zderzyły się z innymi protonami zawartymi w obłokach "zagubionego" wodoru w przestrzeni międzygalaktycznej i w ten sposób powstały neutrina.