Астрономы, пытавшиеся определить происхождение одного из самых мощных зарегистрированных нейтрино, столкнулись с неожиданным открытием. Вместо привычного кандидата в лице активной сверхмассивной чёрной дыры исследователи обнаружили далёкую галактику, в которой с невероятной скоростью рождаются новые звёзды. Открытие может изменить представления о происхождении части высокоэнергетических нейтрино во Вселенной.

Если выводы учёных подтвердятся, впервые будет получено серьёзное свидетельство того, что мощные потоки нейтрино способны возникать не только рядом с активными галактическими ядрами, но и внутри компактных галактик со вспышками звездообразования. Это расширяет список космических объектов, способных выступать источниками одних из самых загадочных частиц во Вселенной.

Почему нейтрино так сложно изучать

Нейтрино считаются одними из самых неуловимых элементарных частиц. Они практически не взаимодействуют с окружающим веществом и способны беспрепятственно проходить через целые планеты, звёзды и галактики.

Именно из-за этого их чрезвычайно сложно регистрировать. Учёные не наблюдают нейтрино напрямую, а фиксируют следы вторичных частиц, возникающих в результате редких столкновений нейтрино с веществом внутри специальных детекторов.

Однако у этой особенности есть и важное преимущество. Поскольку нейтрино почти не отклоняются магнитными полями и редко сталкиваются с другими частицами во время путешествия по космосу, они сохраняют информацию о направлении на источник своего происхождения.

Загадочное событие IC 210922A

В сентябре 2021 года антарктическая нейтринная обсерватория IceCube зарегистрировала высокоэнергетическое событие, получившее обозначение IC 210922A.

Подобные события встречаются крайне редко, поэтому астрономы сразу приступили к поискам источника частицы. Первоначально исследователи ожидали обнаружить активное ядро галактики с массивной чёрной дырой в центре.

Именно такие объекты чаще всего связывают с рождением нейтрино экстремальных энергий, поскольку рядом с ними происходят мощнейшие процессы ускорения частиц.

Однако дальнейшие наблюдения преподнесли сюрприз.

Вместо чёрной дыры — скрытая пылью галактика

Источник нейтрино оказался связан с галактикой JCMT0402−0424, получившей неофициальное название Shadow Blaster («Теневой Бластер»).

Этот объект расположен примерно в 11 миллиардах световых лет от Земли и практически скрыт плотными облаками космической пыли. Из-за этого галактику сложно изучать в видимом диапазоне света.

Для исследования учёным пришлось использовать радиотелескоп ALMA, работающий на миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн.

Дополнительную помощь оказала сама природа. Между Землёй и галактикой находится массивная эллиптическая галактика, которая действует как гравитационная линза. Её мощное гравитационное поле искривляет пространство-время и многократно усиливает свет далёкого объекта.

В результате исследователи получили сразу несколько увеличенных изображений галактики, что позволило значительно подробнее изучить её структуру.

В центре галактики обнаружили космическую фабрику звёзд

После анализа данных астрономы не нашли признаков активной сверхмассивной чёрной дыры.

Наблюдения в рентгеновском и гамма-диапазонах, а также изучение распределения газа показали совершенно иную картину.

В центре галактики была выявлена чрезвычайно компактная область звездообразования. Здесь ежегодно рождаются новые звёзды общей массой в сотни солнечных масс, причём весь этот процесс сосредоточен в области диаметром около 1500 световых лет.

Для сравнения: в нашей галактике Млечный Путь темпы звездообразования значительно ниже.

Как рождение звёзд может создавать нейтрино

Учёные предполагают, что столь плотная и насыщенная энергией среда способна работать как гигантский природный ускоритель частиц.

Высокоэнергетические космические лучи, двигаясь через плотные облака газа, сталкиваются с веществом и рождают нестабильные элементарные частицы. Их последующий распад сопровождается появлением гамма-излучения и нейтрино очень высоких энергий.

Именно такой механизм может объяснять происхождение события IC 210922A.

Хотя прямого доказательства пока нет, вероятность случайного совпадения между зарегистрированным нейтрино и обнаруженной галактикой оценивается менее чем в один процент.

Возможное открытие нового класса источников

Исследователи подчёркивают, что речь пока идёт лишь о наиболее вероятном кандидате. Тем не менее результаты работы выглядят достаточно убедительно.

Если подобные компактные пылевые галактики действительно способны генерировать нейтрино высоких энергий, то они могут обеспечивать заметную часть космического нейтринного фона.

Согласно некоторым оценкам, их вклад может достигать 15–20 % от общего количества высокоэнергетических нейтрино, регистрируемых на Земле.

Таким образом, поиск источника одной загадочной частицы привёл учёных к открытию ещё одного потенциального механизма формирования космических нейтрино. И вполне возможно, что в будущем именно подобные галактики займут важное место среди самых мощных природных ускорителей частиц во Вселенной.