Visokoenergetski neutrini iz galaksije NGC 1068 vjerojatno nastaju u vrlo malom području oko njezine supermasivne crne rupe. Nova analiza pokazuje da se snažan neutrinski signal, uz razmjerno slabo gama zračenje, može objasniti procesima u gustoj plazmi sa snažnim magnetskim poljem. Procijenjena veličina tog područja ovisi o tome sudaraju li se ubrzani protoni pretežno s drugim protonima ili s fotonima, česticama svjetlosti.
Abhishek Das, Kohta Murase i B. Theodore Zhang u radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal Letters usporedili su modele nastanka neutrina s mjerenjima detektora IceCube i podacima o gama zračenju. Rezultati ograničavaju moguće uvjete i veličinu izvora koji može proizvesti signal zabilježen na Zemlji.
Mnogo neutrina, mnogo manje gama zračenja
NGC 1068, poznata i kao Messier 77, ima aktivnu galaktičku jezgru. Plin koji se približava središnjoj crnoj rupi stvara akrecijski disk, dok se iznad njega nalazi vrlo vruća plazma, odnosno korona. U takvoj se okolini čestice mogu ubrzati do vrlo visokih energija.
IceCube je 2022. objavio dokaze da iz smjera ove galaksije dolaze visokoenergetski neutrini. Detektor zakopan u antarktički led registrira svjetlosne tragove sekundarnih čestica nastalih u rijetkim interakcijama neutrina. Iz tih tragova istraživači rekonstruiraju energiju i smjer dolaska.
Neutrini slabo međudjeluju s tvari, pa mogu izaći iz guste galaktičke jezgre kroz koju svjetlost teže prolazi. Ipak, njihovo nastajanje u sudarima protona trebalo bi pratiti i gama zračenje. Kod NGC 1068 izmjereno gama zračenje znatno je slabije od onoga što bi se očekivalo kada bi ono nesmetano napuštalo izvor.
To ograničava moguća objašnjenja. Model mora proizvesti dovoljno neutrina, ali i objasniti zašto do nas ne dolazi odgovarajuća količina visokoenergetskih fotona. Gusto polje zračenja može apsorbirati gama fotone i pokrenuti niz interakcija u kojima nastaju elektroni i pozitroni. U snažnom magnetskom polju elektroni i pozitroni gube energiju emitirajući fotone nižih energija. Tako dio zračenja izostaje upravo u rasponu koji prate gama teleskopi.
Dva načina nastanka, različita ograničenja
U jednom scenariju ubrzani protoni sudaraju se s fotonima. Takav proces najbolje odgovara kompaktnoj koroni veličine približno tri do deset Schwarzschildovih polumjera. Schwarzschildov polumjer označuje veličinu horizonta događaja nerotirajuće crne rupe i istraživačima služi kao prirodno mjerilo udaljenosti u njezinoj okolini.
Drugi scenarij uključuje sudare protona s drugim protonima u plazmi. Takvi sudari mogu pridonijeti neutrinskom signalu, a modeli dopuštaju i veće područje njegova nastanka. U uvjetima u kojima magnetski tlak nadmašuje tlak plina, dobivena gornja ograničenja dosežu približno 30 do 70 Schwarzschildovih polumjera. Te vrijednosti ovise o pretpostavljenoj gustoći i raspodjeli energija čestica; nisu izravno izmjerene dimenzije izvora.
Važno je i koliko energije model zahtijeva. Kada istraživači uključe protone nižih energija, potrebna ukupna snaga ubrzanih čestica može postati veća od snage rendgenskog zračenja korone. To otežava neke modele ubrzavanja udarnim valovima, dok modeli u kojima energiju osiguravaju magnetski procesi imaju širi raspon dopuštenih uvjeta.
Nova provjera ranijeg objašnjenja
Jedno od ranijih objašnjenja, hipoteza o raspadu neutrona oslobođenih iz jezgara helija, također pokušava objasniti neutrine iz Messiera 77. Nova analiza provjerava i taj scenarij, ali u ispitanom rasponu uvjeta on zahtijeva previše energije i proizvodi previše gama zračenja. Autori ga stoga smatraju malo vjerojatnim glavnim izvorom opaženih neutrina.
Još nije utvrđeno koji sudari prevladavaju ni kako se protoni ubrzavaju. Modeli polaze od jednog glavnog područja emisije, iako stvarna jezgra može imati više izvora zračenja. Dodatna neutrinska mjerenja i preciznije simulacije plazme trebale bi pomoći razlikovati procese koji zasad mogu objasniti isti signal.
