Pela primeira vez, uma equipe internacional de cientistas encontrou evidências de emissão de neutrinos de alta energia da NGC 1068, também conhecida como Messier 77, uma galáxia ativa na constelação de Cetus e uma das galáxias mais conhecidas e bem estudadas até hoje. Avistada pela primeira vez em 1780, esta galáxia, localizada a 47 milhões de anos-luz de nós, pode ser observada com grandes binóculos.

Os resultados, a serem publicados em 4 de novembro de 2022, na Science , foram compartilhados hoje em um webinar científico online que reuniu especialistas, jornalistas e cientistas de todo o mundo.

A detecção foi feita no IceCube Neutrino Observatory, um enorme telescópio de neutrinos que abrange 1 bilhão de toneladas de gelo instrumentado a profundidades de 1,5 a 2,5 quilômetros abaixo da superfície da Antártida, perto do Pólo Sul.

Este telescópio único, que explora os confins do nosso universo usando neutrinos, relatou a primeira observação de uma fonte de neutrinos astrofísicos de alta energia em 2018. A fonte, TXS 0506+056, é um blazar conhecido localizado no ombro esquerdo do Orion constelação e a 4 bilhões de anos-luz de distância.

"Um neutrino pode identificar uma fonte. Mas apenas uma observação com vários neutrinos revelará o núcleo obscuro dos objetos cósmicos mais energéticos", diz Francis Halzen, professor de física da Universidade de Wisconsin-Madison e investigador principal do IceCube.

Ele acrescenta: "O IceCube acumulou cerca de 80 neutrinos de energia teraelectronvolt de NGC 1068, que ainda não são suficientes para responder a todas as nossas perguntas, mas definitivamente são o próximo grande passo para a realização da astronomia de neutrinos".

Ao contrário da luz, os neutrinos podem escapar em grande número de ambientes extremamente densos no universo e chegar à Terra em grande parte não perturbados pela matéria e pelos campos eletromagnéticos que permeiam o espaço extragaláctico. Embora os cientistas tenham imaginado a astronomia de neutrinos há mais de 60 anos, a fraca interação dos neutrinos com a matéria e a radiação torna sua detecção extremamente difícil. Neutrinos podem ser a chave para nossas perguntas sobre o funcionamento dos objetos mais extremos do cosmos.

"Responder a essas perguntas de longo alcance sobre o universo em que vivemos é o foco principal da US National Science Foundation", diz Denise Caldwell, diretora da Divisão de Física da NSF.

Como é o caso da nossa galáxia, a Via Láctea, NGC 1068 é uma galáxia espiral barrada, com braços frouxamente enrolados e uma protuberância central relativamente pequena. No entanto, ao contrário da Via Láctea, NGC 1068 é uma galáxia ativa onde a maior parte da radiação não é produzida por estrelas, mas devido ao material cair em um buraco negro milhões de vezes mais massivo que o nosso sol e ainda mais massivo que o buraco negro inativo no centro da nossa galáxia.

NGC 1068 é uma galáxia ativa – um tipo Seyfert II em particular – vista da Terra em um ângulo que obscurece sua região central onde o buraco negro está localizado. Em uma galáxia Seyfert II, um toro de poeira nuclear obscurece a maior parte da radiação de alta energia produzida pela densa massa de gás e partículas que espiralam lentamente em direção ao centro da galáxia.

“Modelos recentes dos ambientes de buracos negros nesses objetos sugerem que gás, poeira e radiação devem bloquear os raios gama que de outra forma acompanhariam os neutrinos”, diz Hans Niederhausen, associado de pós-doutorado na Michigan State University e um dos principais analisadores de neutrinos. o papel. "Esta detecção de neutrinos do núcleo de NGC 1068 irá melhorar a nossa compreensão dos ambientes em torno de buracos negros supermassivos ."

NGC 1068 pode se tornar uma vela padrão para futuros telescópios de neutrinos, de acordo com Theo Glauch, um associado de pós-doutorado na Universidade Técnica de Munique (TUM), na Alemanha, e outro analisador principal.

"Já é um objeto muito bem estudado pelos astrônomos, e os neutrinos nos permitirão ver essa galáxia de uma forma totalmente diferente. Uma nova visão certamente trará novos insights", diz Glauch.

Essas descobertas representam uma melhoria significativa em um estudo anterior sobre NGC 1068 publicado em 2020, de acordo com Ignacio Taboada, professor de física do Georgia Institute of Technology e porta-voz da IceCube Collaboration.

"Parte dessa melhoria veio de técnicas aprimoradas e parte de uma atualização cuidadosa da calibração do detector", diz Taboada. "O trabalho das equipes de operações e calibrações do detector permitiu melhores reconstruções direcionais de neutrinos para localizar precisamente NGC 1068 e permitir essa observação. A resolução dessa fonte foi possível por meio de técnicas aprimoradas e calibrações refinadas, resultado do trabalho árduo da IceCube Collaboration".

A análise aprimorada aponta o caminho para observatórios de neutrinos superiores que já estão em andamento.

"É uma ótima notícia para o futuro do nosso campo", diz Marek Kowalski, colaborador do IceCube e cientista sênior da Deutsches Elektronen-Synchrotron, na Alemanha. "Isso significa que, com uma nova geração de detectores mais sensíveis, haverá muito a descobrir. O futuro observatório IceCube-Gen2 poderia não apenas detectar muito mais desses aceleradores de partículas extremos, mas também permitir seu estudo em energias ainda mais altas. É como se IceCube nos entregou um mapa para um tesouro."

Com as medições de neutrinos de TXS 0506+056 e NGC 1068, o IceCube está um passo mais perto de responder à questão centenária da origem dos raios cósmicos. Além disso, esses resultados implicam que pode haver muito mais objetos semelhantes no universo ainda a serem identificados.

"A revelação do universo obscuro acabou de começar, e os neutrinos estão prontos para liderar uma nova era de descobertas na astronomia", diz Elisa Resconi, professora de física da TUM e outra analisadora principal.

"Há vários anos, a NSF iniciou um projeto ambicioso para expandir nossa compreensão do universo, combinando recursos estabelecidos em astronomia óptica e de rádio com novas habilidades para detectar e medir fenômenos como neutrinos e ondas gravitacionais", diz Caldwell.

"A identificação do Observatório de Neutrinos IceCube de uma galáxia vizinha como uma fonte cósmica de neutrinos é apenas o começo deste novo e excitante campo que promete insights sobre o poder não descoberto de buracos negros massivos e outras propriedades fundamentais do universo."