W danych z tego nietypowego obserwatorium naukowcy znaleźli ostatnio bardzo silny strumień neutrin z galaktyki skatalogowanej pod numerem NGC 1068, znanej także jako Galaktyka Kałamarnica. Najciekawszy jednak nie był tutaj sam strumień tych ulotnych cząstek, a fakt, że nie towarzyszył mu równie silny strumień promieniowania gamma, jaki zwykle towarzyszy neutrinom. Powstało zatem pytanie o to, w jaki sposób owe cząstki powstały.
Problem polega bowiem na tym, że według tradycyjnych modeli astrofizycznych, wysokoenergetyczne neutrina i promienie gamma powstają jednocześnie, na przykład w wyniku zderzeń protonów z fotonami w aktywnych jądrach galaktycznych. Jednak obserwacje NGC 1068 wyraźnie odbiegają od tego schematu: naukowcy zarejestrowali silny strumień neutrin, ale towarzyszące mu promieniowanie gamma okazało się zaskakująco słabe i miało odmienną charakterystykę widmową.
Czytaj także: Takiego neutrina nie widzieliśmy jeszcze nigdy. Rekordowa energia
W odpowiedzi na tę anomalię, zespół fizyków z UCLA, Uniwersytetu w Osace oraz Instytutu Kavliego w Tokio zaproponował nową hipotezę, opublikowaną na łamach Physical Review Letters. Według badaczy źródłem neutrin mogą być nie zderzenia protonów i fotonów, lecz rozpad jąder helu w relatywistycznych dżetach emitowanych przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki.
Jak tłumaczą naukowcy, jądra helu, poruszające się z ogromną prędkością w strumieniach materii wyrzucanych z otoczenia czarnej dziury, mogą zderzać się z fotonami ultrafioletowymi w jej pobliżu. W wyniku tych zderzeń dochodzi do rozpadu jąder, co prowadzi do uwolnienia neutronów. Ponieważ neutrony są nietrwałe poza jądrem atomowym, szybko rozpadają się na protony, elektrony i neutrina — ale bez towarzyszącej emisji promieniowania gamma. Taki proces tłumaczy zarówno energię zaobserwowanych neutrin, jak i słaby sygnał promieniowania gamma.
Czytaj także: 119 dni eksperymentu zmieniły fizykę jądrową. Naukowcy dokonali niemożliwego
Dodatkowo, elektrony powstające podczas takiego rozpadu jądra helu mogą oddziaływać z otaczającym promieniowaniem, generując słaby sygnał gamma, dokładnie taki jak zarejestrowany wraz ze strumieniem promieniowania gamma.
To przełomowe odkrycie dostarcza cennych informacji o ekstremalnych warunkach panujących w otoczeniu supermasywnych czarnych dziur, w tym tej znajdującej się w centrum naszej Galaktyki. Zrozumienie tych środowisk może pomóc w rozwikłaniu zagadki najbardziej energetycznych zjawisk we Wszechświecie.
Naukowcy podkreślają, że może to być początek nowej ery w astronomii neutrin. Jeśli podobne mechanizmy zostaną potwierdzone w innych galaktykach, zyskamy nowe narzędzie do badania najbardziej tajemniczych cząstek we Wszechświecie i poznawania procesów napędzających jego najbardziej energetyczne struktury.