Cuando un soltero neutrino fue detectado por un detector de neutrinos en la Antártida en septiembre de 2017, fue el comienzo de algo sorprendente. Se convertiría en el primer neutrino de alta energía que los astrónomos podrían rastrear a un origen – Una galaxia blazar llamada TXS 0506 + 056, a 3.800 millones de años luz de distancia.
Pero, a la manera de muchos grandes descubrimientos, esa revelación abrió una nueva lata de preguntas, incluida esta: ¿por qué, de todas las galaxias con propiedades similares, solo se ha rastreado un neutrino hasta esta?
Ahora, los astrónomos han encontrado una posible respuesta, señalando el evento fuente que produjo este neutrino. El chorro relativista que sale de un supermasivo calabozo podría haber actuado como un colisionador de partículas cósmicas, produciendo una ráfaga de neutrinos eso, debido a la forma y el bamboleo del jet, terminó fluyendo a través de la Tierra.
Y esto podría ser una señal que indica la presencia de un agujero negro supermasivo binario en el centro de TXS 0506 + 056, que se cree que es el resultado final de la fusión de dos galaxias.
Los neutrinos son pequeños retoños resbaladizos. Se encuentran entre las partículas subatómicas más abundantes en el Universo, un poco similares a los electrones, pero no llevan carga y son casi sin masa. Y rara vez interactúan con … cualquier cosa. Trillones están fluyendo a través de su cuerpo en cualquier momento dado.
Debido a que no interactúan mucho con las cosas, no las detectamos muy a menudo. Cuando ellos hacer Al interactuar con el hielo debajo de la superficie de la Antártida, los neutrinos pueden producir una pequeña lluvia de partículas. A su vez, estos producen el auge luminal de la radiación de Cherenkov; esto es detectado por los detectores de Cherenkov estacionados en el Observatorio de Neutrinos IceCube.
Pero esa es solo la parte de detección.
El seguimiento de la trayectoria de un neutrino es otro desafío por completo, y llevó la astronomía de múltiples mensajeros a lograr esto por primera vez el año pasado. Es por eso que sabemos que este neutrino en particular, titulado IceCube-170922A, proviene de un blazar, un tipo de galaxia con un agujero negro supermasivo activo orientado para que su chorro apunte directamente hacia nosotros.
Parece razonable concluir, por lo tanto, que los blazars son una fuente de neutrinos. Pero solo hay un problema. TXS 0506 + 056 es el único blazar al que se han rastreado los neutrinos.
Entonces, un equipo internacional de astrónomos dirigido por Silke Britzen del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania se dispuso a investigar por qué.
"Queríamos desentrañar lo que hace que TXS 0506 + 056 sea especial, comprender el proceso de creación de neutrinos y localizar el sitio de emisión y estudié una serie de imágenes de radio de alta resolución del chorro". Dijo Britzen.
El equipo volvió a analizar una serie de observaciones tomadas por el Matriz de referencia muy larga entre 2009 y 2018, estudiando de cerca la cinemática del chorro y la evolución de la densidad de flujo de los componentes del chorro individual. Prestaron especial atención a 2014 y 2015, un período que vio una mayor actividad de neutrinos; y también el período anterior y posterior a la detección de IceCube-170922A.
Descubrieron que la dinámica del chorro no era suave y sin perturbaciones, como se esperaba. En cambio, partes del jet parecían estar chocando con otras partes del jet.
Eso podría producirse de varias maneras. Podría ser el resultado de un nuevo jet chocando contra uno viejo; dos chorros de diferentes fuentes; o el choque de dos chorros de la misma fuente. Fuera lo que fuese, el equipo identificó la quema de densidad de flujo en seis partes del avión cerca del sitio probable de colisión, lo que parece respaldar su hipótesis.
Fue esta colisión, según el equipo, lo que produjo el IceCube-170922A.
"Esta colisión de material inyectado es actualmente el único mecanismo viable que puede explicar la detección de neutrinos de esta fuente". dijo el astrofísico Markus Böttcher de la Universidad del Noroeste en Sudáfrica.
"También nos proporciona información importante sobre el material del chorro y resuelve una larga pregunta si los chorros son leptónicos, que consisten en electrones y positrones, o hadrónicos, que consisten en electrones y protones, o una combinación de ambos. Al menos parte de el material del chorro debe ser hadrónico; de lo contrario, no habríamos detectado el neutrino ".
El equipo también descubrió que el jet probablemente sea curvo; y que el agujero negro parece tambalearse, lo que resulta en una precesión del jet, como un trompo tambaleante. No está claro si es otro agujero negro o algo más que crea ese bamboleo. Sin embargo, otro agujero negro supermasivo en un sistema binario podría producir un segundo chorro.
"Cuanto más miramos las fuentes del chorro, más complicada es la estructura interna y la dinámica del chorro". dijo el astrónomo Christian Fendt del Instituto Max Planck de Astronomía.
"Mientras binario agujeros negros producen una estructura de salida más compleja, su existencia se espera naturalmente de los modelos cosmológicos de formación de galaxias por fusión de galaxias ".
Bueno, una cosa parece clara: TXS 0506 + 056 no es como todos los otros blazars. Puede tener un agujero negro supermasivo binario en su núcleo. Y si el equipo tiene razón sobre la fuente del neutrino, los eventos futuros podrían revelar más sobre esta extraña galaxia.
La investigación ha sido publicada en Astronomía y astrofísica.