Sarmal gökada NGC 1068’in Hubble görüntüsü. Kredi: NASA / ESA / A. van der Hoeven
NGC 1068 galaksisinden yüksek enerjili nötrino emisyonunun kanıtı ilk kez uluslararası bir bilim adamları ekibi tarafından bulundu. İlk olarak 1780’de tespit edilen ve Messier 77 olarak da bilinen NGC 1068, Cetus takımyıldızında bulunan aktif bir gökadadır ve bugüne kadarki en tanıdık ve en iyi çalışılmış gökadalardan biridir. Bizden 47 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan bu gökada, büyük dürbünlerle gözlemlenebilir. Sonuçlar, bugün (4 Kasım 2022) dergide yayınlanacak. Bilimdün dünyanın dört bir yanından uzmanları, gazetecileri ve bilim insanlarını bir araya getiren çevrimiçi bir bilimsel web seminerinde paylaşıldı.
Fizikçiler genellikle nötrinoya ”hayalet parçacık” derler çünkü neredeyse hiçbir zaman diğer maddelerle etkileşime girmezler.
Tespit, IceCube Neutrino Gözlemevi’nde yapıldı. Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen bu devasa nötrino teleskopu, Güney Kutbu yakınlarındaki Antarktika yüzeyinin 1,5 ila 2,5 kilometre (0,9 ila 1,2 mil) altında 1 milyar ton aletli buz içerir. Bu eşsiz teleskop, nötrinoları kullanarak evrenimizin en uzak noktalarını keşfediyor. 2018’de yüksek enerjili bir astrofiziksel nötrino kaynağının ilk gözlemini bildirdi. Kaynak, Orion takımyıldızının sol omzundan 4 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan TXS 0506+056 adlı bilinen bir blazardır.
“Bir nötrino, bir kaynağı ayırt edebilir. Ancak yalnızca çoklu nötrinolarla yapılan bir gözlem, en enerjik kozmik nesnelerin gizlenmiş çekirdeğini ortaya çıkarabilir” diyor Wisconsin-Madison Üniversitesi’nde fizik profesörü ve IceCube’un baş araştırmacısı Francis Halzen. “IceCube, NGC 1068’den yaklaşık 80 nötrino teraelektronvolt enerjisi biriktirdi, bu da henüz tüm sorularımızı yanıtlamak için yeterli değil, ancak bunlar kesinlikle nötrino astronomisinin gerçekleştirilmesine yönelik bir sonraki büyük adım.”
Bir nötrino, berrak Antarktika buzundaki moleküllerle etkileşime girdiğinde, IceCube dedektöründen geçerken mavi ışık izi bırakan ikincil parçacıklar üretir. Kredi: Nicolle R. Fuller, IceCube/NSF
Işığın aksine, nötrinolar evrendeki aşırı yoğun ortamlardan çok sayıda kaçabilir ve madde ve galaksi dışı uzaya nüfuz eden elektromanyetik alanlardan büyük ölçüde etkilenmeden Dünya’ya ulaşabilir. Bilim adamları, nötrino astronomisini 60 yıldan daha uzun bir süre önce tasavvur etseler de, nötrinoların madde ve radyasyonla zayıf etkileşimi, tespitlerini son derece zorlaştırıyor. Nötrinolar, evrendeki en uç nesnelerin işleyişiyle ilgili sorularımızın anahtarı olabilir.
NSF Fizik Bölümü direktörü Denise Caldwell, “İçinde yaşadığımız evrenle ilgili bu geniş kapsamlı soruları yanıtlamak, ABD Ulusal Bilim Vakfı’nın birincil odak noktasıdır” diyor.
Bu video, IceCube nötrinolarının bize aktif gökada NGC 1068’in iç derinliklerine nasıl ilk bakışı verdiğini gösteriyor. Kredi: Diogo da Cruz’a ait video, sesi Fallon Mayanja ve sesi Georgia Kaw’a ait
Ev galaksimizde olduğu gibi, Samanyolu, NGC 1068, gevşek bir şekilde sarılmış kolları ve nispeten küçük bir merkezi şişkinliği olan bir çubuklu sarmal gökadadır. Bununla birlikte, Samanyolu’ndan farklı olarak NGC 1068, radyasyonun çoğunun yıldızlar tarafından değil, bir yere düşen malzeme nedeniyle üretildiği aktif bir gökadadır. Kara delik Güneşimizden milyonlarca kat daha büyük ve galaksimizin merkezindeki aktif olmayan kara delikten bile daha büyük.
NGC 1068, kara deliğin bulunduğu merkezi bölgesini gizleyen bir açıyla Dünya’dan görülen aktif bir gökadadır – özellikle bir Seyfert II tipidir -. Bir Seyfert II galaksisinde, bir nükleer toz simidi, yoğun gaz kütlesi tarafından üretilen yüksek enerjili radyasyonun çoğunu ve galaksinin merkezine doğru yavaşça içe doğru spiral oluşturan parçacıkları gizler.
Gökyüzünde Messier 77 ve Cetus. Kredi: Jack Parin, IceCube/NSF; NASA/ESA/A. van der Hoeven (giriş)
Michigan State Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı ve ana analizörlerden biri olan Hans Niederhausen, “Bu nesnelerdeki kara delik ortamlarının son modelleri, gaz, toz ve radyasyonun, aksi takdirde nötrinolara eşlik edecek gama ışınlarını engellemesi gerektiğini gösteriyor” diyor. kağıt. “NGC 1068’in çekirdeğinden yapılan bu nötrino tespiti, süper kütleli kara deliklerin etrafındaki ortamları anlamamızı geliştirecek.”
Almanya’daki Münih Teknik Üniversitesi’nde (TUM) doktora sonrası çalışan ve başka bir ana analizör olan Theo Glauch’a göre, NGC 1068 gelecekteki nötrino teleskopları için standart bir mum olabilir.
Güney Kutbu’ndaki buz örtüsü boyunca dizilerin düzenini ve bir kilometreküp derin buzu dolduran ışık sensörlerinin aktif algılama dizisini gösteren IceCube dedektör şeması.
“Gökbilimciler için zaten çok iyi çalışılmış bir nesne ve nötrinolar bu galaksiyi tamamen farklı bir şekilde görmemizi sağlayacak. Glauch, “Yeni bir bakış açısı kesinlikle yeni anlayışlar getirecektir” diyor.
Georgia Institute of Technology’de fizik profesörü ve IceCube Collaboration’ın sözcüsü Ignacio Taboada’ya göre, bu bulgular 2020’de yayınlanan NGC 1068 ile ilgili önceki bir araştırmaya göre önemli bir gelişmeyi temsil ediyor.
Soldan sağa: Martin Wolf (TUM), Hans Niederhausen (TUM), Elisa Resconi (TUM), Chiara Bellenghi (TUM), Francis Halzen (UW–Madison) ve Tomas Kontrimas (TUM). Kredi: Yuya Makino, IceCube/NSF
Taboada, “Bu iyileştirmenin bir kısmı gelişmiş tekniklerden, bir kısmı da dedektör kalibrasyonunun dikkatli bir şekilde güncellenmesinden geldi” diyor. “Detektör operasyonları ve kalibrasyon ekipleri tarafından yapılan çalışmalar, NGC 1068’i tam olarak saptamak ve bu gözlemi sağlamak için daha iyi nötrino yönlü yeniden yapılandırmaları mümkün kıldı. Bu kaynağın çözülmesi, IceCube İşbirliği’nin sıkı çalışmasının bir sonucu olan gelişmiş teknikler ve rafine kalibrasyonlar sayesinde mümkün oldu.”
Geliştirilmiş analiz, halihazırda çalışmakta olan üstün nötrino gözlemevlerine giden yolu işaret ediyor.
Almanya’daki Deutsches Elektronen-Synchrotron’da IceCube işbirlikçisi ve kıdemli bilim adamı olan Marek Kowalski, “Alanımızın geleceği için harika bir haber” diyor. “Bu, yeni nesil daha hassas dedektörlerle keşfedilecek çok şey olacağı anlamına geliyor. Gelecekteki IceCube-Gen2 gözlemevi, yalnızca bu aşırı parçacık hızlandırıcılarının çoğunu tespit etmekle kalmayacak, aynı zamanda daha yüksek enerjilerde çalışmalarına da izin verecek. Sanki IceCube bize bir hazine hazinesinin haritasını vermiş gibi.”
IceCube İşbirliği, 2022 baharı. Kredi: IceCube İşbirliği
TXS 0506+056 ve NGC 1068’in nötrino ölçümleriyle IceCube, kozmik ışınların kökeniyle ilgili asırlık soruyu yanıtlamaya bir adım daha yaklaştı. Ek olarak, bu sonuçlar evrende henüz tanımlanmamış daha birçok benzer nesne olabileceğini ima ediyor.
TUM’da fizik profesörü ve başka bir ana analizör olan Elisa Reconi, “Gizlenmiş evrenin ortaya çıkışı daha yeni başladı ve nötrinolar astronomide yeni bir keşif çağına öncülük etmeye hazırlanıyor” diyor.
“Birkaç yıl önce, NSF, optik ve radyo astronomisindeki yerleşik yetenekleri, nötrinolar ve yerçekimi dalgaları”diyor Caldwell. “IceCube Nötrino Gözlemevi’nin komşu bir galaksiyi kozmik bir nötrino kaynağı olarak tanımlaması, devasa kara deliklerin keşfedilmemiş gücüne ve evrenin diğer temel özelliklerine dair içgörüler vaat eden bu yeni ve heyecan verici alanın sadece başlangıcıdır.”
Referans: IceCube Collaboration, R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, JA Aguilar, M. Ahlers, M. Ahrens, JM Alameddine, C. Alispach, AA tarafından “Yakındaki aktif gökada NGC 1068’den nötrino emisyonu için kanıt” Alves, NM Amin, K. Andeen, T. Anderson, G. Anton, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Axani, X. Bai, A. Balagopal V., A. Barbano, SW Barwick, B. Bastian, V. Basu, S. Baur, R. Bay, JJ Beatty, K.-H. Becker, J. Becker Tjus, C. Bellenghi, S. Benzvi, D. Berley, E. Bernardini, DZ Besson, G. Binder, D. Bindig, E. Blaufuss, S. Blot, M. Boddenberg, F. Bontempo, J. Borowka, S. Böser, O. Botner, J. Böttcher, E. Bourbeau, F. Bradascio, J. Braun, B. Brinson, S. Bron, J. Brostean-Kaiser, S. Browne, A. Burgman, RT Burley, RS Busse, MA Campana, EG Carnie-Bronca, C. Chen, Z. Chen, D. Chirkin, K. Choi, BA Clark, K. Clark, L. Classen, A. Coleman, GH Collin, JM Conrad , P. Coppin, P. Correa, DF Cowen, R. Cross, C. Dappen, P. Dave, C. De Clercq, JJ DeLaunay, D. Delgado López, H. Dembinski, K. Deoskar, A. Desai, P Desiati, KD de Vries, G. de Wasseige, M. de With, T. DeYoung, A. Diaz, JC Díaz-Vélez, M. Dittmer, H. Dujmovic, M. Dunkman, MA DuVernois, E. Dvorak, T Ehrhardt, P. Eller, R. Engel, H. Erpenbeck, J. Evans, PA Evenson, KL Fan, AR Fazely, A. Fedynitch, N. Feigl, S. Fiedlschuster, AT Fienberg, K. Filimonov, C. Finley , L. Fischer, D. Fox, A. Franckowiak, E. Friedman, A. Fritz, P. Fürst, TK Gaiss er, J. Gallagher, E. Ganster, A. Garcia, S. Garrappa, L. Gerhardt, A. Ghadimi, C. Glaser, T. Glauch, T. Glüsenkamp, A. Goldschmidt, JG Gonzalez, S. Goswami, D Grant, T. Grégoire, S. Griswold, C. Günther, P. Gutjahr, C. Haack, A. Hallgren, R. Halliday, L. Halve, F. Halzen, M. Ha Minh, K. Hanson, J. Hardin, AA Harnisch, A. Haungs, D. Hebecker, K. Helbing, F. Henningsen, EC Hettinger, S. Hickford, J. Hignight, C. Hill, GC Hill, KD Hoffman, R. Hoffmann, B. Hokanson- Fasig, K. Hoshina, F. Huang, M. Huber, T. Huber, K. Hultqvist, M. Hünnefeld, R. Hussain, K. Hymon, S. In, N. Iovine, A. Ishihara, M. Jansson, GS Japaridze, M. Jeong, M. Jin, BJP Jones, … JP Yanez, S. Yoshida, S. Yu, T. Yuan, Z. Zhang, P. Zhelnin, 3 Kasım 2022, Science.
DOI: 10.1126/science.abg3395
IceCube Nötrino Gözlemevi, öncelikle Ulusal Bilim Vakfı’nın Wisconsin-Madison Üniversitesi’ne verdiği bir ödülle (OPP-2042807 ve PHY-1913607) finanse edilmekte ve işletilmektedir. Dünyanın dört bir yanından 58 kurumda 350’den fazla bilim insanı ile IceCube İşbirliği, nötrino astronomisinin temellerini oluşturan kapsamlı bir bilimsel program yürütüyor.