Neutriner fångade i Sydpolens is ger ny bild av närliggande galax

För första gången har forskarna inom det internationella samarbetet IceCube funnit bevis på neutrinopartiklar med mycket hög energi från en närliggande galax. Det rör sig om galaxen NGC 1068 (även känd som Messier 77) som är en aktiv galax i stjärnbilden Cetus och en av de mest välbekanta och välstuderade aktiva galaxerna.

Neutrinerna upptäcktes med hjälp av IceCube Neutrino Observatory, ett neutrinoteleskop som är beläget vid Sydpolen och omfattar 1 miljard ton is på ett djup av 1,5 till 2,5 kilometer under Antarktis yta. Forskare inom IceCube-samarbetet vid Stockholms universitet och Uppsala universitet har deltagit i analysen av de data som hämtats in under tio år av observationer och i att tolka resultaten, som nu publiceras i en artikel i tidskriften Science.

– Vår data visar den långsamma och stadiga ackumuleringen av en neutrinosignal, tills den har blivit den enskilt ljusaste punkten på neutrinohimlen, säger Chad Finley, docent vid Stockholms universitet och verksam inom IceCube.

Under 2018 identifierade IceCube och gammastrålningsobservatorier den avlägsna blazargalaxen TXS 0506+056 som en neutrinokälla – detta efter upptäckten av att en mycket energirik neutrino uppträdde samtidigt med gammastrålar under samma tidsperiod. Sedan IceCube kom i full drift 2011 har även 80 neutrinohändelser med lägre energi registrerats.

Svart hål miljontals gånger mer massivt än vår sol
NGC 1068 upptäcktes för första gången år 1780, ligger 47 miljoner ljusår från oss och kan ses med en stor kikare. Liksom vår hemmagalax Vintergatan är NGC 1068 en stavgalax, med löst lindade armar och en relativt liten central utbuktning. Men till skillnad från Vintergatan är NGC 1068 också en "aktiv galax" där den mesta strålningen inte sänds ut av stjärnor utan av material som faller in i det svarta hålet i dess centrum. Detta svarta hål är miljontals gånger mer massivt än vår sol och ännu mer massivt än det inaktiva svarta hålet i mitten av vår galax.

– Det som är förvånande med att se neutrinerna från NGC 1068 är att de inte har kunnat detekteras med gammastrålar i samma energiområde, 1 till 10 teraelektronvolt. Både neutriner och gammastrålar förväntas i allmänhet produceras i samma processer, i kosmisk strålningsinteraktion. Bristen på gammastrålar tyder på att neutrinerna kommer från ett område med hög täthet där gammastrålningen absorberas, säger Chad Finley.

Stockholms universitet och Uppsala universitet bland grundarna av IceCube
IceCube-samarbetet består för närvarande av cirka 350 forskare vid 58 institutioner runt om i världen. Stockholms universitet och Uppsala universitet är ett par av de universitet som var med och grundade IceCube.

– IceCube har återigen lyckats peka ut en aktiv galax som källa till högenergetiska neutriner. NGC 1068 är välkänd för astronomerna men det är först nu vi lyckats se detta objekt i ett nytt "ljus". Upptäckten kommer att leda till en ökad förståelse av processerna kring naturens mest extrema partikelacceleratorer och bådar gott för våra planer att bygga en 10 gånger större och känsligare IceCube-detektor. Vi har nu tagit ännu ett steg i riktningen mot neutrinoastronomi! Det finns mycket mera att utforska i det högenergetiska universum, säger Olga Botner, professor vid Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet

IceCube Neutrino Observatory stöds av US National Science Foundation, samt Vetenskapsrådet och nationella finansiärer i andra medlemsländer.

Artikeln i Science: Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068,” The IceCube Collaboration: R. Abbasi et al. DOI:10.1126/science.abg3395

Kontakt:
Chad Finley, docent vid Fysikum, Stockholms universitet
cfinley@fysik.su.se

Olga Botner, professor vid Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet,
olga.botner@physics.uu.se, 018-471 3876

Klas Hultqvist, professor vid Fysikum, Stockholms universitet
klas@fysik.su.se

Bildtexter:
1. IceCube vid Sydpolen. Foto: Martin Wolf, IceCube/NSF
2. När en neutrino interagerar med molekyler i den klara isen i Antarktis skapas sekundärpartiklar som lämnar spår av blått ljus som fångas upp av detektorerna i IceCube. Bild: Nicolle R. Fuller, IceCube/NSF
3. Skiss över IceCube-detektorn. Bild: IceCube/NSF

Fakta om IceCube
IceCube Neutrino Observatory finansieras och drivs främst genom medel från National Science Foundation till University of Wisconsin–Madison. IceCube Collaboration, med över 350 forskare vid 58 institutioner från hela världen, driver ett omfattande vetenskapligt program som har etablerat grunderna för neutrinoastronomi. Läs mer