Một đài quan sát neutrino khổng lồ được chôn sâu dưới lòng đất băng Nam Cực đã phát hiện ra nguồn thứ hai ngoài thiên hà của các hạt khó nắm bắt từng được tìm thấy.
trong kết quả xuất bản tuần trước trong Khoa học, nhóm cộng tác IceCube báo cáo việc phát hiện neutrino từ một “thiên hà đang hoạt động” có tên NGC 1068, nằm cách Trái đất khoảng 47 triệu năm ánh sáng.
Làm thế nào để Spot một Neutrino
Neutrino là những hạt cơ bản rất nhút nhát thường không tương tác với bất kỳ thứ gì khác. Khi chúng lần đầu tiên được phát hiện vào những năm 1950, các nhà vật lý đã sớm nhận ra rằng theo một số cách chúng sẽ là lý tưởng cho thiên văn học.
Bởi vì neutrino hiếm khi liên quan gì đến các hạt khác nên chúng có thể di chuyển không bị cản trở trong vũ trụ. Tuy nhiên, sự nhút nhát của chúng cũng khiến chúng khó bị phát hiện. Để bắt đủ hữu ích, bạn cần một máy dò rất lớn.
Đó là nơi IceCube xuất hiện. Trong suốt bảy mùa hè từ 2005 đến 2011, các nhà khoa học tại Trạm Nam Cực Amundsen–Scott của Mỹ đã khoan 86 lỗ trên băng bằng máy khoan nước nóng. Mỗi lỗ sâu gần 2.5 km, rộng khoảng 60 cm và chứa 60 máy dò ánh sáng có kích thước bằng quả bóng rổ được gắn vào một đoạn cáp dài.
Điều này giúp chúng ta phát hiện neutrino như thế nào? Thỉnh thoảng, một neutrino sẽ va vào một proton hoặc neutron trong băng gần máy dò. Vụ va chạm tạo ra một hạt nặng hơn nhiều gọi là muon, di chuyển nhanh đến mức nó phát ra ánh sáng xanh lam mà các máy dò ánh sáng có thể thu được.
Bằng cách đo thời điểm ánh sáng này đến các máy dò khác nhau, có thể tính được hướng mà muon (và neutrino) đến từ đó. Nhìn vào năng lượng hạt, hóa ra hầu hết neutrino mà IceCube phát hiện được tạo ra trong bầu khí quyển của Trái đất.
Tuy nhiên, một phần nhỏ neutrino đến từ không gian vũ trụ. Tính đến năm 2022, hàng nghìn hạt neutrino từ một nơi nào đó trong vũ trụ xa xôi đã được xác định.
Neutrino đến từ đâu?
Chúng xuất hiện khá đồng đều từ mọi hướng, không có điểm sáng rõ ràng nào xuất hiện. Điều này có nghĩa là phải có rất nhiều nguồn neutrino ngoài kia.
Nhưng những nguồn này là gì? Có rất nhiều ứng cử viên, những vật thể nghe có vẻ kỳ lạ như các thiên hà đang hoạt động, quasar, blazar và vụ nổ tia gamma.
Vào năm 2018, IceCube đã công bố việc phát hiện ra nguồn phát neutrino năng lượng cao đầu tiên được xác định: một blazar, là một loại thiên hà đặc biệt đang bắn ra một tia các hạt năng lượng cao về hướng Trái đất.
Được gọi là TXS 0506+056, blazar được xác định sau khi IceCube nhìn thấy một hạt neutrino năng lượng cao duy nhất và gửi đi một bức điện tín khẩn cấp của nhà thiên văn học. Các kính viễn vọng khác tranh nhau quan sát TXS 0506+056 và phát hiện ra nó cũng đang phát ra rất nhiều tia gamma cùng một lúc.
Điều này hợp lý, bởi vì chúng tôi nghĩ rằng blazar hoạt động bằng cách đẩy các proton lên tốc độ cực cao, và các proton năng lượng cao này sau đó tương tác với các chất khí và bức xạ khác để tạo ra cả tia gamma và neutrino.
Một thiên hà đang hoạt động
Blazar là nguồn ngoài thiên hà đầu tiên từng được phát hiện. Trong nghiên cứu mới này, IceCube đã xác định được nguyên nhân thứ hai.
Các nhà khoa học của IceCube đã kiểm tra lại thập kỷ đầu tiên của dữ liệu mà họ đã thu thập, áp dụng các phương pháp mới lạ mắt để đưa ra các phép đo chính xác hơn về hướng và năng lượng của neutrino.
Kết quả là, một điểm sáng vốn đã rất thú vị trong ánh sáng neutrino nền đã trở nên sắc nét hơn. Khoảng 80 neutrino đến từ một thiên hà khá gần, được nghiên cứu kỹ lưỡng có tên là NGC 1068 (còn được gọi là M77, vì nó là mục thứ 77 trong danh mục các vật thể thiên văn thú vị nổi tiếng của thế kỷ 18 do nhà thiên văn học người Pháp Charles Messier tạo ra).
Nằm cách Trái đất khoảng 47 triệu năm ánh sáng, NGC 1068 là một “thiên hà đang hoạt động” được biết đến, một thiên hà có lõi cực kỳ sáng. Nó gần hơn khoảng 100 lần so với blazar TXS 0506+056 và góc của nó so với chúng ta có nghĩa là các tia gamma từ lõi của nó bị bụi che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta. Tuy nhiên, các hạt neutrino vui vẻ phóng thẳng qua lớp bụi và vào không gian.
Khám phá mới này sẽ cung cấp nhiều thông tin cho các nhà vật lý thiên văn và các nhà thiên văn học về chính xác những gì đang diễn ra bên trong NGC 1068. Đã có hàng trăm bài báo cố gắng giải thích cách thức hoạt động của lõi bên trong thiên hà và dữ liệu IceCube mới bổ sung một số thông tin về neutrino. sẽ giúp tinh chỉnh các mô hình này.
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
