Astronomiczny Obiekt Miesiąca OAUJ: Sierpień 2018

< poprzedni Archiwum następny >

TXS 0506+56: odkrycie źródła wysokoenergetycznych neutrin kosmicznych dzięki obserwacjom promieniowania gamma

Dwudziestego drugiego września zeszłego roku obserwatorium IceCube wykryło wysokoenergetyczne neutrino (jest to słabo oddziaływująca cząstka elementarna), którego pochodzenie było prawdopodobnie kosmiczne. Wykrycie pojedynczego neutrina nie daje możliwości zidentyfikowania jego źródła ze względu na niedostateczną kątową dokładność takich obserwacji. Dlatego szybko po jego wykryciu rozpoczęły się obserwacje podejrzanego obszaru nieba za pomocą teleskopów astronomicznych rejestrujących różne zakresy promieniowania.

W cztery godziny po rozesłaniu przez zespół IceCube wezwania rozpoczęły się obserwacje w zakresie wysokich energii - promieniowania gamma. Najpierw przez obserwatorium H.E.S.S. w Namibii, a potem, po 12 godzinach obserwacje przeprowadziło obserwatorium VERITAS znajdujące się w Arizonie (USA). Następnego dnia kontynuowało je obserwatorium MAGIC zlokalizowane w Hiszpanii, na Wyspach Kanaryjskich. Pierwsze obserwacje dały jedynie górne ograniczenie na jasność promieniowania gamma z ewentualnego źródła neutrin. Później MAGIC obserwował jeszcze ten obszar nieba w sumie przez 13 godzin, od 24 września do 4 października zeszłego roku. W czasie tych obserwacji wykryto jaśniejący obiekt, galaktykę TXS 0506+56, którą zidentyfikowano jako możliwe źródło zarówno promieniowania gamma jak i wysokoenergetycznych neutrin pochodzących z kosmosu. Artykuł na temat tego ważnego odkrycia opublikowano w magazynie Science.

Powyższe obserwacje, prowadzone też dodatkowo z udziałem wielu innych instrumentów w zakresie od fal radiowych do wysokich energii, wskazują na to, że źródłem zarejestrowanego neutrina mogła być galaktyka TXS 0506+056. Galaktyka znajduje się w odległości około 4 miliardów lat świetlnych od Ziemi i jest tak zwanym blazarem - zawiera masywną czarną dziurę, na którą opada materia powodując wypływy strug materii i pól magnetycznych z jej otoczenia z prędkością bliską prędkości światła. Blazar to obiekt, w którym wypływ obserwujemy wzdłuż kierunku emisji takiej strugi, w której zachodzi przyspieszanie cząstek do bardzo wysokich energii. Z obserwacji promieni gamma nie możemy jeszcze wywnioskować, czy są to elektrony czy też protony lub nawet jądra atomowe. Natomiast obserwacja neutrin to niewątpliwy ślad po przyspieszanych protonach lub nawet jądrach, które zderzając się z cząstkami gazu międzygwiazdowego tworzą piony (nietrwałe cząstki elementarne) rozpadające się następnie i emitujące przy tym neutrina.

Wykrycie promieni gamma w koincydencji z neutrinami fascynuje naukowców, gdyż ich powstanie musi być związane z przyspieszaniem protonów/jąder atomowych do wysokich energii. Stają się wówczas składową tzw. promieni kosmicznych. Pochodzenie promieniowania kosmicznego stanowiło zagadkę dla naukowców od czasu odkrycia ponad 100 lat temu. Obserwacja promieni gamma i neutrin z blazara to pierwszy bezpośredni dowód na istnienie w tych obiektach kosmicznych akceleratorów protonów. Ponadto jest to kolejny sukces nowo rozwijającej się astronomii wykorzystującej różne nośniki informacji (ang. "multimessenger astronomy"), w której łączone są obserwacje wykonywane nie tylko w różnych zakresach widma elektromagnetycznego, ale także docierających do nas cząstek i innych fal: neutrin, promieni kosmicznych czy fal grawitacyjnych.

Duża grupa astronomów i fizyków z Polski aktywnie uczestniczy w obserwacjach Wszechświata na falach gamma. Naukowcy z UJ, UW, CAMK PAN, UMK i IFJ PAN biorą udział w budowie i analizie danych z teleskopu H.E.S.S., a grupa astronomów z UŁ stanowi część zespołu naukowego Obserwatorium MAGIC.


Oryginalna publikacja: The IceCube Collaboration, Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC, H.E.S.S., INTEGRAL, Kanata, Kiso, Kapteyn, Liverpool Telescope, Subaru, Swift/NuSTAR, VERITAS, VLA/17B-403: Multimessenger Observations of a flaring blazar coincident with high energy neutrino IceCube-170922A, Science, 13 lipca 2018.

Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii Obserwatorium Astronomicznego UJ. W skład zespołu badawczego z OAUJ wchodzili: Michał Ostrowski, Marek Jamrozy, Natalia Żywucka-Hejzner i Angel Priyama Noel.

Kontakt:

Michał Ostrowski Obserwatorium Astronomiczne UJ Michał.Ostrowski [at] uj.edu.pl