Астрономы обнаружили наиболее вероятного кандидата на роль источника высокоэнергетического нейтрино IC 210922A, зарегистрированного обсерваторией IceCube в 2021 году. Им оказалась далёкая галактика JCMT0402-0424, получившая неофициальное название Shadow Blaster («Теневой разрушитель»). Наблюдения показали, что около 11 миллиардов лет назад в её компактном ядре происходила чрезвычайно интенсивная вспышка звездообразования, которая могла создавать условия для рождения нейтрино очень высоких энергий.
Напомню, что нейтрино крайне слабо взаимодействуют с веществом. Благодаря этому они могут практически беспрепятственно проходить через газ, пыль и магнитные поля, сохраняя информацию о процессах, в которых возникли. Именно поэтому астрономы уделяют большое внимание поиску источников высокоэнергетических нейтрино.
22 сентября 2021 года детектор IceCube, расположенный в толще антарктического льда, зарегистрировал нейтрино IC 210922A с энергией около 750 тераэлектронвольт. Последующие наблюдения в различных диапазонах электромагнитного спектра не выявили в этой области неба никаких убедительных источников излучения, которые могли бы объяснить происхождение частицы.
Ситуация изменилась после наблюдений на телескопе Джеймса Максвелла, который обнаружил в области, откуда прилетело нейтрино, необычайно яркий источник субмиллиметрового диапазона. Затем его положение удалось уточнить с помощью массива SMA, а наиболее подробные данные получить на радиоинтерферометре ALMA.
Наблюдения показали, что галактика скрыта плотными облаками пыли и практически невидима в оптическом диапазоне. Кроме того, её изображение оказалось искажено гравитационной линзой, созданной массивной эллиптической галактикой на переднем плане. Под действием её тяготения свет далёкого объекта был усилен и разделён на четыре отдельных изображения.
Используя данные ALMA и моделирование гравитационного линзирования, исследователи восстановили истинную структуру галактики. Выяснилось, что она содержит область активного звездообразования размером около 1700 световых лет, а также ещё более компактный центральный компонент, который не удалось разрешить даже с помощью имеющихся наблюдений.
Спектральные наблюдения позволили определить красное смещение галактики, равное 2,988. Это означает, что мы видим её такой, какой она была в эпоху так называемого «космического полудня». Это период, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет и в ней наблюдались максимальные темпы звездообразования.
В галактике удалось обнаружить линии излучения угарного газа и нейтрального углерода, позволившие изучить свойства её межзвёздной среды. Полученные данные не выявили признаков того, что основным источником энергии служит активное ядро со сверхмассивной чёрной дырой. Вместо этого наблюдения указывают на чрезвычайно интенсивную вспышку звездообразования. После учёта усиления гравитационной линзой исследователи пришли к выводу, что галактика ежегодно формирует сотни масс Солнца в виде новых звёзд.
Особый интерес представляет высокая плотность газа и пыли в центральных областях галактики. В таких условиях космические лучи могут многократно сталкиваться с окружающим веществом, порождая частицы, распад которых сопровождается образованием гамма-излучения и нейтрино. Поэтому подобные компактные области звездообразования рассматриваются как потенциальные источники высокоэнергетических нейтрино.
Авторы подчёркивают, что работа не доказывает связь между галактикой и событием IC 210922A. Однако положение объекта в области локализации нейтрино, компактная структура и чрезвычайно плотное ядро делают эту галактику наиболее правдоподобным кандидатом среди всех объектов, обнаруженных в данном районе неба.
Кроме того, результаты исследования показывают, что подобные компактные галактики с интенсивным звездообразованием могли вносить заметный вклад в общий поток астрофизических нейтрино высоких энергий. Согласно расчётам авторов, на их долю может приходиться около 15%, а в некоторых моделях — до 20% наблюдаемого нейтринного фона.