Высокоэнергетические нейтрино продолжают оставаться одной из самых загадочных разновидностей продуктов астрофизических процессов. Из-за чрезвычайно слабого взаимодействия с материей их источники получается выявить лишь в исключительных случаях, из-за чего каждая такая находка представляет собой особую ценность. Согласно новому исследованию, источником одного из подобных событий могла стать не активная сверхмассивная чёрная дыра, как это предполагалось ранее, а галактика с необычайно высоким темпом звездообразования.
На врезке представлено радиоизображение галактики «Теневой Бластер», в круге — эта же галактика в художественном исполнении. Источник изображения: National Institutes of Natural Sciences
Нейтрино фиксируются косвенным образом — по вторичным частицам, которые возникают в процессе их взаимодействия с веществом детекторов. Поскольку во время своего путешествия по Вселенной нейтрино почти не отклоняются магнитными полями и редко сталкиваются с материей, они несут информацию о направлении на свой источник. Тем не менее, восстановить его местоположение с высокой точностью получается далеко не всегда.
В подавляющем большинстве тех редких случаев, когда источник нейтрино удавалось определить с высокой степенью точности, им оказывались сверхмассивные чёрные дыры — активные ядра галактик. В них протекают поистине экстремальные энергетические процессы, в ходе которых также рождаются нейтрино высоких энергий. Поэтому при поиске нейтрино от события IC 210922A, зарегистрированного 22 сентября 2021 года обсерваторией IceCube в антарктическом льду, астрономы надеялись обнаружить очередную сверхмассивную чёрную дыру в центре какой-либо галактики, но, как выяснилось, они сильно ошибались!
Источником энергичных нейтрино события IC 210922A стала область галактики JCMT0402−0424, окутанной пылью и получившей прозвище Shadow Blaster («Теневой Бластер»), которая находится примерно в 11 миллиардах световых лет от Земли. Никаких признаков сверхмассивной дыры там обнаружено не было, зато выявлено чрезвычайно активное образование новых звёзд.
Плотная пыль надёжно скрывала галактику от наблюдений в оптическом диапазоне, поэтому астрономы обратились к радиотелескопу ALMA. По счастливому стечению обстоятельств наблюдаемая галактика оказалась увеличенной в несколько раз благодаря эффекту гравитационного линзирования: массивная эллиптическая галактика на переднем плане искривила и усилила свет далёкого объекта, создав четыре искажённых, но более крупных и детализированных изображения «Теневого Бластера».
Исследования в рентгеновском и гамма-диапазонах, а также изучение молекулярного газа по линиям CO и нейтрального углерода не выявили признаков, типичных для газа, разогреваемого центральной черной дырой. Вместо этого полученные данные свидетельствуют о компактной вспышке звездообразования: ежегодно сотни солнечных масс материи преобразуются в новые звезды, и этот процесс происходит в небольшой центральной области диаметром всего 1500 световых лет.
Такая чрезвычайно плотная и энергонасыщенная среда может функционировать как естественный ускоритель космических лучей. Высокоэнергетические частицы, находясь в плотном газе, часто сталкиваются с веществом, порождая нестабильные частицы, чей распад, в свою очередь, приводит к образованию гамма-квантов и нейтрино.
Это не является бесспорным доказательством зафиксированного на Земле «нейтринного» события, но представляет собой его наиболее вероятный источник, причем вероятность случайного совпадения оценивается примерно в 1% или ниже. Однако если предположить, что такие компактные пылевые галактики встречаются повсеместно, они могут вносить заметный, хотя и не основной, вклад в высокоэнергетический нейтринный фон — порядка 15%, а в некоторых моделях до 20%. Так совершенно неожиданно проявился новый источник высокоэнергетических космических нейтрино.
