Астрономы связали нейтрино IceCube с пылевой галактикой
Астрономы нашли новый вероятный класс источников высокоэнергетических нейтрино. К событию IC 210922A, которое обсерватория IceCube зарегистрировала в сентябре 2021 года, привязали неактивное ядро галактики, а далёкую пылевую систему с очень плотным звездообразованием. Если вывод подтвердят новые наблюдения, часть космического нейтринного фона придётся объяснять не только сверхмассивными чёрными дырами.
Речь идёт о галактике JCMT0402−0424, которую исследователи называют Shadow Blaster. Она находится примерно в 11 млрд световых лет от Земли. По данным наблюдений в радио-, рентгеновском и гамма-диапазонах, в её центре не видно признаков активной сверхмассивной чёрной дыры, зато видна компактная область бурного рождения звёзд.
Для нейтринной астрономии это нетривиальный результат. Высокоэнергетические нейтрино почти не взаимодействуют с веществом и почти не отклоняются магнитными полями, поэтому хорошо сохраняют направление на источник. Проблема в другом: поймать их трудно, а локализация обычно остаётся грубой. Когда источник всё же удаётся определить, им чаще всего оказываются активные ядра галактик, где вещество падает на чёрную дыру и разгоняется до экстремальных энергий.
В случае IC 210922A группа пошла по тому же сценарию и искала очередное активное ядро. Вместо этого радиоинтерферометр ALMA помог увидеть пылевую галактику, скрытую для оптических телескопов. Её излучение дополнительно усилило гравитационное линзирование: массивная галактика на переднем плане исказила свет фона и создала четыре увеличенных изображения объекта. Для астрономов это редкая удача, иначе рассмотреть такую систему на этой дистанции было бы заметно сложнее.
Анализ линий молекулярного газа, включая CO и нейтральный углерод, показал картину, более характерную для звёздной вспышки, чем для нагрева газа вблизи чёрной дыры. По оценке авторов, в центральной области размером около 1500 световых лет каждый год формируются звёзды с суммарной массой в сотни масс Солнца. В такой плотной среде космические лучи получают много шансов на столкновение с веществом, а продукты этих столкновений распадаются с рождением гамма-квантов и нейтрино.
Нейтринные источники IceCube
До сих пор самые известные успехи нейтринной астрономии были связаны именно с активными ядрами галактик. В 2017 году IceCube связала событие IceCube-170922A с блазаром TXS 0506+056. Это был первый громкий случай, когда высокоэнергетическое нейтрино удалось сопоставить с конкретным внегалактическим объектом. Позднее коллаборация также представила аргументы в пользу галактики NGC 1068 как устойчивого источника нейтрино.
На этом фоне Shadow Blaster выбивается из ряда. Исследователи не заявляют о прямом доказательстве, речь идёт о наиболее вероятном кандидате в пределах области локализации события. Вероятность случайного совпадения авторы оценивают примерно в 1% или ниже. Для наблюдательной астрофизики это сильный аргумент, хотя не уровень окончательного приговора.
Интереснее другое. Пылевые галактики со вспышками звездообразования давно рассматривались как возможные фабрики космических лучей, гамма-излучения и нейтрино, но надёжных привязок к отдельным событиям почти не было. Если JCMT0402−0424 действительно оказалась источником IC 210922A, теория получает редкое наблюдательное подкрепление. И тогда список кандидатов на роль «нейтринных заводов» станет шире, а чёрным дырам придётся делить сцену.
Масштаб здесь тоже важен. Детектор IceCube, построенный в антарктическом льду, использует объём порядка 1 кубического километра и всё равно фиксирует лишь небольшое число событий, пригодных для точной астрофизической идентификации. Поэтому каждая новая ассоциация меняет не только каталог источников, но и модели диффузного фона. По одной из оценок, компактные пылевые галактики могут давать около 15% высокоэнергетического нейтринного фона, а в отдельных сценариях до 20%.
Следующая проверка придёт с накоплением статистики. IceCube-Gen2, проект расширения антарктической обсерватории, должен заметно увеличить число зарегистрированных событий в 2030-х годах. Если среди новых нейтрино начнут регулярно появляться совпадения с пылевыми галактиками со сверхплотным звездообразованием, нынешняя работа превратится из любопытного исключения в новый рабочий класс источников.
