Neutrinová záhada z hlubin vesmíru

V běžném vesmíru platí jednoduché pravidlo: když zachytíte proud vysoce energetických neutrin, očekáváte i doprovodné gama záření. Jenže galaxie NGC 1068, přezdívaná také „galaxie Sépie“, se rozhodla tuto kosmickou poučku porušit. Vědci z observatoře IceCube, která se nachází hluboko v antarktickém ledu, zaznamenali intenzivní tok neutrin z tohoto vzdáleného zdroje – ale téměř žádné gama záření.

Tento nečekaný objev rozvířil vody částicové astrofyziky a přinutil vědce k přehodnocení toho, jak tyto nepolapitelné částice vlastně vznikají.

IceCube: teleskop, který „vidí“ neviditelné

Pod povrchem Antarktidy je rozprostřeno přes 5 000 optických senzorů rozmístěných na kilometrové krychli čistého ledu. Společně tvoří největší neutrinový detektor světa – IceCube. A právě on odhalil silný proud vysoce energetických neutrin směřujících z NGC 1068.

Na rozdíl od jiných částic neutriny téměř nereagují s hmotou. Procházejí planetami, hvězdami i našimi těly bez povšimnutí. Jen zcela výjimečně zanechají stopu – a právě na tyto vzácné okamžiky číhají senzory IceCube.

Proč je galaxie NGC 1068 tak výjimečná?

Většina známých zdrojů neutrin – například aktivní galaktická jádra nebo supernovy – produkuje zároveň i gama záření. Je to důsledek srážek mezi protony a fotony, které vedou k rozpadu částic a vzniku obou druhů záření. Jenže v případě NGC 1068 to neplatí. Gama signál je podivně slabý, a navíc s odlišným spektrálním profilem, než bychom čekali.

Nová teorie: neutriny z rozpadlých jader helia

Tým teoretických fyziků z UCLA, univerzity v Ósace a tokijského Kavli institutu přichází s novým vysvětlením. Podle jejich studie, zveřejněné v Physical Review Letters, pochází neutrina z rozpadu jader helia, která se rozbijí při srážkách s intenzivním ultrafialovým zářením v blízkosti supermasivní černé díry v jádru galaxie.

Když se jádra helia (složená ze dvou protonů a dvou neutronů) srazí s fotony, dojde k jejich rozbití. Nestabilní neutrony se pak rozpadají na protony, elektrony a... právě neutrina. Tento mechanismus vysvětluje nejen absenci silného gama záření, ale i specifický energetický podpis zachycených částic.

Proč právě helium a ne vodík?

Vesmír je tvořen převážně vodíkem a heliem. Avšak zatímco vodíkový proton při interakci s fotony produkuje jak neutrina, tak gama záření, neutrony z helia mají „tichou“ vlastnost – při svém rozpadu nevytvářejí gama záblesky. To z helia činí ideální kandidáta pro vysvětlení „tichého“ neutrinového zdroje v NGC 1068.

Důsledky pro pochopení černých děr i naší galaxie

Nová teorie nabízí zásadní vhled do toho, co se děje v těsné blízkosti supermasivních černých děr. Tyto extrémní oblasti, kde vládne ohromná gravitace a energie, dosud zůstávaly zčásti zahalené tajemstvím. Objev neutrin z NGC 1068 přináší naději, že se nám podaří proniknout hlouběji do nitra těchto temných galaktických srdcí.

A co víc – podobný supermasivní objekt se nachází i v centru Mléčné dráhy. Pokud platí nový model, pak se podobné neutrinové procesy mohou odehrávat i „za rohem“, v našem vlastním galaktickém sousedství.

Neviditelné částice, viditelný dopad

Zachycená neutrina bez gama doprovodu otevírají zcela novou oblast výzkumu: tzv. neutrinovou astronomii. Ta může přinést revoluci podobnou té, kterou přineslo rentgenové záření pro lékařskou diagnostiku nebo internet pro globální komunikaci.

„Když J. J. Thomson objevil elektron, považovalo se to za naprosto neužitečné,“ připomíná profesor Kusenko z UCLA. „Dnes by bez elektronů nefungoval žádný počítač, telefon ani internet.“

Podobný vývoj může čekat i současný výzkum neutrin. Ačkoliv dnes působí odtažitě, zítra může stát za novými technologiemi – od energetiky po medicínu.