Högenergineutriner är mycket fascinerande subatomära partiklar som produceras när mycket snabbt laddade partiklar kolliderar med andra partiklar eller fotoner. IceCube, en berömd neutrinodetektor belägen på Sydpolen, har detekterat extragalaktiska högenergineutriner i nästan ett decennium.

Medan många fysiker har undersökt observationerna som samlats in av IceCube-detektorn, har ursprunget till de flesta av de högenergineutriner som den upptäckte ännu inte fastställts. Dessa neutriner upptäcktes bortom vår galax och kan bero på olika kosmologiska händelser.

Forskare vid Deutsches Elektronen Synchrotron DESY, Humboldt-Universität zu Berlin och andra akademiska institut i Europa och USA har nyligen genomfört en studie med fokus på en specifik våldsam kosmologisk händelse, som kallas AT2019fdr. Deras artikel, publicerad i Physical Review Letters , visar att denna händelse kan vara ursprunget till en högenergi neutrino.

"Vårt team har genomfört en systematisk studie i tre år, där vi använde det optiska undersökningsteleskopet från Zwicky Transient Facility (ZTF) för att skanna himmelregionen för varje ny högenergineutrino som vi kan observera," Simeon Reusch, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Vårt senaste dokument undersöker en möjlig källa för en av dessa neutriner, ett enormt optiskt utbrott i en mycket avlägsen galax, som har kallats AT2019fdr."

AT2019fdr, det optiska utbrottet som undersökts av Reusch och hans kollegor, är en övergående händelse, vilket innebär att den förändras över tiden. Forskarna studerade denna händelse på djupet och försökte fastställa dess möjliga källa.

Baserat på deras analyser drog de slutsatsen att AT2019fdr med största sannolikhet var en tidvattenavbrottshändelse (TDE). TDE uppstår när en stjärna närmar sig det supermassiva svarta hålet i mitten av en galax och är tillräckligt nära för att påverkas av det.

"När stjärnan närmar sig det svarta hålet är gravitationsdraget framför stjärnan mycket starkare än på dess baksida, vilket sliter isär stjärnan", förklarade Reusch. "Omkring hälften av stjärnans massa ansamlas sedan runt det svarta hålet, vilket gör att skräpet lyser starkt i månader."

Reusch och hans kollegor försökte också avgöra om AT2019fdr kunde vara det möjliga ursprunget till den högenergineutrino de observerade. För att göra detta slog de sig ihop med teoretiska fysiker som kunde modellera källan och göra teoretiska förutsägelser baserat på deras modeller.

"Vi försökte samla in så mycket elektromagnetisk data om AT2019fdr som möjligt och spänner över ett brett spektrum av våglängder," sa Reusch. "Vi observerade platsen och samlade in redan existerande data för den i radio-, infraröd-, optisk-, UV-, röntgen- och gammastrålningsvåglängder."

I sin analys bedömde forskarna både AT2019fdr-händelsen och andra möjliga källor för den högenergineutrinon de observerade, som alla var belägna inom en rimlig närhet. Intressant nog uteslöt de alla källor förutom AT2019fdr, på grund av deras ljuskurva (d.v.s. ljusstyrkans profil över tid) eller på grund av de optiska spektra de tog.

"Det starka dammeko vi upptäckt är i det infraröda området, vilket binder AT2019fdr till en underklass av dammekokällor i mitten av galaxer," sa Reusch. "Själva "ekot" produceras när den intensiva strålningen från TDE värmer upp omgivande damm, som sedan börjar lysa i det infraröda området. Systemets enorma storlek orsakar tidsfördröjningar på grund av ljusets restider, vilket är anledningen till att dammekots topp är fördröjd i förhållande till blossen."

Reusch och hans kollegor observerade också en sen röntgensignal med eROSITA ombord på SRG-satelliten, med ett extremt mjukt spektrum. Sammantaget pekar både deras mätningar och teoretiska analyser på AT2019fdr som källan till den högenergineutrino de observerade. Dessutom tyder teamets fynd på att AT2019fdr är en TDE och inte en superluminös supernova, en "vanlig" flare som härrör från galaxens centrum eller någon annan typ av kosmologisk händelse.

"Våra fynd är anmärkningsvärda, eftersom en tidigare artikel från vår grupp redan hade identifierat en TDE (AT2019fdr) som den troliga källan till en annan högenergineutrino," tillade Reusch. "Om dessa TDE verkligen båda var neutrinokällor, måste de vara ganska effektiva för att producera högenergineutriner. Multi-budbärarstudier som den som presenteras i vår artikel ger insikter om kosmiska partikelacceleratorer som TDE eller AGN som inte är möjliga baserat på fotoner ensam."

I sina nästa studier kommer forskarna att göra fler analyser för att ytterligare validera sina resultat. Dessutom planerar de att söka efter andra TDE inom den stora kosmologiska händelsedataset som sammanställts av ZTF hittills. + Utforska vidare

Genererade ett svart hål som äter en stjärna en neutrino? Osannolikt, visar ny studie

© 2022 Science X Network