Внегалактическое нейтрино объяснили столкновениями в джете блазара

Астрофизики выявили особенности в структуре джета блазара TXS 0506+056 — единственного отождествленного внегалактического источника нейтрино. Оказалось, что релятивистская струя в этом объекте сильно искривлена и прецессирует, что может быть связано со столкновениями выброшенного из центра галактики вещества. Эти свойства делают блазар нетипичным и могут быть ответственными за наблюдавшуюся нейтринную вспышку, пишут ученые в журнале Astronomy & Astrophysics.

12 июля 2018 года было объявлено о первой в истории регистрации нейтрино от внегалактического источника. Более того, это событие стало всего третьим однозначным отождествлением нейтрино от астрономического источника после Солнца и сверхновой 1987A. Источником события, пойманного антарктической установкой IceCube 22 сентября 2017, стал блазар TXS 0506+056 — активная галактика, выброс из центра которой направлен близко к лучу зрения.

Блазары — это активные ядра галактик, подтип квазаров, в которых джеты направлены под небольшим углом к лучу зрения, из-за чего излучение струи доминирует в спектре источника, ее яркость увеличивается для наблюдателя, но при этом может испытывать резкие колебания. Механизм энерговыделения блазаров связан с падением вещества на сверхмассивную черную дыру в центре родительской галактики, часть из которого выбрасывает в виде узких струй с околосветовой скоростью.

TXS 0506+056 расположен на красном смещении 0,34, а свет от него шел до Земли 3,8 миллиардов лет. Этот блазар хоть и является ярким источником, но уступает по блеску многим другим активным галактикам. Также высокоэнергетическое излучение в гамма-диапазоне ряда других галактик намного интенсивнее, чем у TXS 0506+056. В связи с этим наблюдение высокоэнергетической частицы именно от данного источника было неожиданным и требовало отдельного объяснения.

В работе астрофизиков из Германии, ЮАР, России, Чехии и Грузии под руководством Силке Бритцен (Silke Britzen) из Радиоастрономического института общества Макса Планка описан новый анализ наблюдения ядра TXS 0506+056 методом радиоинтерферометрии, который позволил предложить возможный механизм рождения нейтрино. Оказалось, что релятивистский джет вблизи ядра на масштабе парсек обладает сложной структурой и аномально высоким искривлением, что должно быть связано с взаимодействующими потоками вещества.

Обычно считается, что плазма в джете перемещается относительно без возмущений, но в TXS 0506+056 это оказалось не так. В данном случае видимая скорость движения вещества в конце джета больше, чем в начале. Авторы предполагают, что такое может происходить либо при формировании сильно искривленного джета вследствие столкновения вещества струи с выброшенной ранее из окрестностей черной дыры материей, либо в случае пересечения двух джетов — такая ситуация может возникнуть в случае двойной сверхмассивной черной дыры в центре объекта.

Также астрономы зафиксировали прецессию внутренней части джета, то есть изменение его направления, с периодом около 10 лет. Несмотря на то, что прецессия джета может возникать в системах двойных черных дыр, в данном случае этот сценарий хуже объясняет наблюдения, так как расстояние между активными ядрами получается слишком большим для создания прецессии с нужным периодом. В то же время подходящее влияние может быть вызвано эффектом Лензе – Тирринга, то есть увлечением пространства-времени вблизи быстровращающихся массивных тел, например, черной дыры.

Вне зависимости от сценария, нейтрино экстремально высоких энергий должны были рождаться при столкновении вещества в релятивистских струях в случае их удачной ориентации относительно наблюдателя на Земле. Авторы считают, что измеренные параметры струй в TXS 0506+056 создают подходящие условия для генерации нейтрино. Также ученые отдельно отмечают, что гипотеза о двойной черной дыре в данном источнике интересна сама по себе, так как однозначных регистраций таких объектов со столь малым расстоянием между компонентами еще не было.

Мы подробно писали, как вспышка света в Антарктиде рассказала о джетах далекого блазара в материале «Ледяное нейтрино». Ранее сообщалось про обнаружение десятков новых кандидатов в блазары и первое определение источника фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт.

Тимур Кешелава