A nagy energiájú, kozmikus eredetű neutrínók a csillagászat és az asztrofizika legrejtélyesebb részecskéinek számítanak. Ezek a töltés nélküli, szinte tömegtelen részecskék csak nagyon gyengén lépnek kölcsönhatásba más anyagokkal, ezért detektálásuk, pontos származási helyük és az őket létrehozó asztrofizikai folyamatok meghatározása kihívásokkal teli feladat elé állítja a csillagászközösséget.
A neutrínók észlelése az anyagokkal való, ún. gyenge kölcsönhatásuk során létrejövő ,,lenyomatok” alapján lehetséges. Amikor a világűrből érkező neutrínóáram áthalad egy vastag anyagrétegen, például jégen, a neutrínók reakcióba lépnek a vízmolekulákkal, és töltött részecskéket, pl. elektronokat, müonokat vagy tau-részecskéket hoznak létre, attól függően, milyen fajtájú (ún. ízű) a kölcsönhatást kiváltó neutrínó. A létrejött töltött részecskék, ha megfelelően nagy az energiájuk, Cserenkov-sugárzást bocsátanak ki annak következtében, hogy a jégben haladó részecskék sebessége meghaladja a közegbeli fénysebességet. Megjegyzendő, hogy ez a sebesség mindig alacsonyabb, mint a vákuumbeli fénysebesség (~300 millió m/s). Ezen az elven működik az IceCube Neutrínóobszervatórium detektora is.
A kozmikus neutrínók forrásaként számos különböző asztrofizikai folyamatot és objektumot is vizsgálnak a kutatók, ezek közé tartoznak a szupernóvák, a jelentősen megnövekedett csillagkeletkezést mutató galaxisok és az aktív galaxismagok (AGN-ek). Meglepő módon, két, egymástól jelentősen különböző galaxismagtípus is felmerült mint a kozmikus neutrínók forrása: a hatalmas teljesítménnyel sugárzó blazárok és a rádiótartományban csendes Seyfert-galaxisok.
Jelenlegi tudásunk szerint szinte minden nagyobb galaxis középpontjában rejtőzik egy szupernagy tömegű fekete lyuk. A fekete lyuk a környezetéből egy akkréciós korongon keresztül anyagot gyűjt be. Ennek következményeképpen hatalmas energiákat felszabadító folyamatok zajlanak le, amelyeknek a sugárzása szinte a teljes elektromágneses tartományban megfigyelhető. A galaxismagok körülbelül egytizedében az anyagbegyűjtés során két nagy teljesítményű, a fényét megközelítő sebességgel kirepülő részecskenyaláb is létrejön. Ezekben a plazmanyalábokban – a mágneses tér által terelve – töltött részecskék hagyják el az AGN közvetlen környezetét, amelynek következtében jelentős rádiósugárzást bocsátanak ki. Az AGN-ek egyik alcsoportja, a blazárok esetében a rádiónyalábok nagyon kis szöget zárnak be az észlelő látóirányával, ezért sugárzásuk relativisztikus hatások folytán jelentősen felerősödik, és fényük nagymértékben változik.
Az IceCube obszervatórium detektora 2020 decemberében észlelte az IC-201221A jelű kozmikus neutrínóeseményt, és kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy ennek forrása az NVSS J171822+423948 (J1718+4239) jelű AGN. Ez a 2,68-as vöröseltolódású galaxismag az egyik legtávolabbi neutrínóforrás-jelölt, amelyet jelenleg ismerünk. A neutrínóeseménykor még szinte ismeretlen tulajdonságú AGN részletes vizsgálata felfedte, hogy gamma-, optikai és középinfravörös hullámhossztartományban is jelentős változékonyságot mutat, és időszakos kitöréseket (flereket) mutatott, ami alapján feltételezhető, hogy a blazárok csoportjába tartozik. A pontos ,,diagnózis” felállításához azonban elengedhetetlen, hogy rádiótartományú sugárzását a legjobb szögfelbontással, a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (VLBI) módszerével is megvizsgáljuk. A VLBI technikával akár ezred ívmásodpercnél finomabb szögfelbontás is elérhető, hiszen az interferometria elvét kihasználva a felbontás már nem az egyes távcsövek méretétől függ, hanem a hálózatban részt vevő teleszkópok közötti távolságtól, az ún. bázisvonal hosszától.
A J1718+4239 igazi természetének megértése érdekében magyar kutatók végeztek VLBI méréseket két frekvencián, az amerikai VLBA (Very Long Baseline Array) távcsőhálózat segítségével. A nagy felbontású rádiótérképek felfedték, hogy a célforrásnak egy kompakt, fényes központi magja van, és attól hozzávetőleg 160 fényévnyi távolságig nyúlik egy halvány, északkelet felé terjedő rádiónyaláb. A mag fényességi hőmérséklete meghaladja az úgynevezett ekvipartíciós határértéket, ami azt jelenti, hogy az AGN sugárzását relativisztikus hatások erősítik fel, arra szolgáltatva bizonyítékot, hogy a közel fénysebességű rádiónyaláb szinte teljesen a megfigyelő felé irányul. A kutatók archív mérések alapján azt is megállapították, hogy az AGN jelentős változást mutat a rádiótartományban.
A tanulmányban kapott eredmények elegendő bizonyítékot szolgáltattak a J1718+4239 blazárként való besorolása mellett, és a kutatók azt találták, hogy a forrás tulajdonságai összhangban vannak más, neutrínók kibocsátásával összeköthető blazárokéival.
A kutatást a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH, OTKA K134213, TKP2021-NKTA-64 projektek) és a German Science Foundation (DFG, 445052434 projekt) támogatta.
A tanulmányt az Astronomy and Astrophysics folyóiratban fogadták el közlésre.
Szakcikk:
Perger K., Frey S., Gabányi K. É., Kun E. (2025): Zooming into the neutrino-associated blazar candidate J1718+4239. Astronomy and Astrophysics, megjelenés alatt
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555177
Kapcsolódó cikkek:
- Neutrínógyárak a mélyűrben (2022. július)
- Gammasugarakat és neutrínókat produkálnak a békés, szupernagy tömegű fekete lyukak (2021. október)
