Aktivní galaktické jádro. Kredit: DESY, Science Communication Lab

Unikátní a nesmírně cool neutrinová observatoř IceCube Neutrino Observatory na jižním pólu sehrála klíčovou roli ve významném objevu. Vědcům se podařilo odpovědět na  hádanku, která se týká původu vysokoenergetických neutrin a částic kosmického záření. Jsou to energetická monstra, která občas zasáhnou Zemi. Zatím nikdo ale přesně nevěděl, kde se vlastně ve vesmíru berou.

IceCube vs blazar. Kredit: Icecube/NSF.

Mezinárodní tým více než 300 badatelů ze 12 zemí, který funguje pod výtečným nickem IceCube Collaboration, poprvé a po značném úsilí konečně odhalil zdroj vysokoenergetických neutrin, které k nám létají jako přízraky z hlubokého vesmíru. Pocházejí z nepochybně velmi extrémních prostředí a cestují miliardy světelných let. Neutrin je plný vesmír. Pokud jde o konkrétní zdroje neutrin, tak jsme až do této studie, ohlášené s patřičnou pompou, vlastně znali jen dva: Slunce a blízkou supernovu z roku 1987.

Vysokoenergetická neutrina, a spolu s nimi částice kosmického záření, dráždí vědce už skutečně dlouho. Doposud totiž nebylo jasné, kde a jak takto nesmírně energetické částice vznikají. Částice kosmického záření jsou elektricky nabité, takže prakticky není možné je sledovat zpět k jejich skutečnému zdroji. Kdykoliv se během svého letu vesmírem připletou k nějakému magnetickému poli, tak je kvůli elektrickému náboji může vychýlit z dráhy. A elektrických polí je ve vesmíru spousta.

Nesmírně výkonné vesmírné urychlovače, tedy extrémní objekty, kde vznikají částice kosmického záření, ale také, naštěstí, vyrábějí vysokoenergetická neutrina. Neutrina nemají elektrický náboj, a jak je známe, nepohne s nimi prakticky nic, a rozhodně ani ta nejsilnější magnetická pole vesmíru. Proto můžeme předpokládat, že k nám letí rovně, přímo ze zdroje.

Neutrino z blazaru právě zasáhlo molekulu v ledu a odpálilo mion, který letí ledem směrem doprava. Kredit: Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube.

22. září 2017 rozsvítil přístroje na IceCube zásah polárního ledu jedním vysokoenergetickým neutrinem. Jeho energie byla odhadnuta na 300 TeV, tedy asi 45-krát vyšší, než energie protonů ve Velkém hadronovém srážeči LHC v CERNu. Observatoř záhy poté zalarmovala teleskopy po celém světě a poslala jim koordináty předpokládaného zdroje detekovaného neutrina. Gama observatořím, včetně americké vesmírné gamaobservatoře Fermi a pozemního teleskopu MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope) na Kanárských ostrovech, se po tomto poplachu podařilo detekovat výtrysk vysokoenergetických gama paprsků. Jako zdroj tohoto výtrysky gama observatoře určily blazar TXS 0506+056. Upřímně řečeno, blazary byly už nějakou dobu podezřívané. Ale tohle je první pořádný důkaz.

Gamateleskop MAGIC, Kanárské ostrovy. Kredit: Daniel López / Instituto de Astrofísica de Canarias.

Blazar TXS 0506+056, to už samo o sobě vzbuzuje představu čehosi velice extrémního. A přesně takové blazary jsou. Jako první zachytil výtrysk záření gama při této události vesmírný teleskop Fermi. Podle všeho to byl unikátní zážitek. Fermi pracuje ve vesmíru zhruba deset let a za tu dobu detekoval nějakých 2 tisíce blazarů. Tohle byl zatím nejdrsnější záblesk gama záření s nejvíce energetickými fotony, jaký kdy Fermi ulovil. Když záhy poté tento záblesk detekoval pozemní gama teleskop MAGIC, tak naměřil dokonce ještě větší energie přilétajích fotonů.

Blazary jsou objekty, podle všeho proklatě aktivní supermasivní černé díry v galaktických jádrech eliptických galaxií, které nesmírně září po celém elektromagnetickém spektru. Relativistické výtrysky hmoty blazarů míří prakticky přímo k Zemi, proto jsou pro nás tak oslnivé. Pozorování IceCube a dalších observatoří potvrdila, že blazar TXS 0506+056 je jedním z nejvíce zářivých zdrojů ve známém vesmíru. Je tedy vcelku pochopitelné, že vystřeluje neutrina, jejichž energie opravdu stojí za to. Je to skutečně ultimátní vesmírný urychlovač částic.

Video:  NSF Press Conference on Breakthrough in Multi-messenger Astrophysics


Literatura
IceCube 12. 7. 2018, Science 361: 147–151.

Poznámka redakce
Tomuto krátkému sdělení se budeme následně věnovat podrobnějším článkem.