Shadow Blaster: 11 milyar ışık yılı ötedeki tozlu galaksi bir nötrino kaynağı olabilir

Gökbilimciler, Güney Kutbu'ndaki buza gömülü bir dedektörün 2021'de yakaladığı yüksek enerjili bir nötrinonun kaynağı olabilecek bir galaksiyi tespit etti. Tayvan merkezli MITOS Science şirketinden Yuji Urata liderliğindeki ekibin Nature Astronomy'de yayımlanan çalışmasına göre aday, JCMT0402−0424 katalog adlı ve "Shadow Blaster" lakaplı, yaklaşık 11 milyar ışık yılı uzaklıktaki tozlu bir galaksi. Bulgunun en ilginç yanı, galakside aktif bir süper kütleli kara delik izine rastlanmaması.

Hayalet parçacıkların izini sürmek

Nötrinolar elektrik yükü taşımayan, kütlesi son derece küçük ve maddeyle neredeyse hiç etkileşmeyen parçacıklar. Her saniye vücudumuzdan milyarlarcası geçer ve hiçbir iz bırakmaz. Bu özellikleri onları hem yakalanması zor hem de çok değerli kılar: Yollarına çıkan toz ve gaz bulutlarından etkilenmedikleri için evrenin en uzak ve en gizli köşelerinden doğrudan haber taşıyabilirler.

Dünya'daki aygıtlar 1960'lardan beri uzaydan gelen yüksek enerjili nötrinoları algılıyor; ancak bunların nereden geldiğini bulmak astronominin uzun soluklu sorunlarından biri. Birkaç yakın kaynak belirlenmiş olsa da bunlar, gökyüzünün her yönünden gelen ve dağınık nötrino arka planı olarak adlandırılan toplam akının yalnızca küçük bir kısmını açıklıyor. Gökbilimciler bu nedenle henüz bulunamamış büyük bir kaynak nüfusu olduğundan şüpheleniyor.

IC 210922A uyarısından lensli bir galaksiye

Hikâye, Antarktika'daki IceCube Nötrino Gözlemevi'nin 2021'de Eridanus takımyıldızı yönünden gelen yüksek enerjili bir nötrino olayı için yayımladığı uyarıyla başladı. Olay IC 210922A olarak kayda geçti. Uyarının ardından çok sayıda ekip gökyüzünün o bölgesini gama, X ışını ve görünür ışıkta taradı; ancak ikna edici bir karşılık, bir gama ışını patlaması, süpernova ya da yıldızın kara delik tarafından parçalanması gibi bir olay bulamadı.

Urata'nın ekibi uyarıdan birkaç gün sonra Hawaii'deki Maunakea zirvesinde bulunan James Clerk Maxwell Teleskobu ve Submilimetre Dizisi ile gözlem yaptı ve konumu ile parlaklığı nedeniyle güçlü bir aday olan Shadow Blaster'ı buldu. Şili'deki ALMA ile yapılan izleme gözlemleri, galaksinin önünde güçlü bir kütleçekimsel mercek bulunduğunu ortaya çıkardı.

Kara delik değil, yıldız fabrikası

Ön plandaki galaksi, Shadow Blaster'dan gelen ışığı bükerek büyütüyor ve gökyüzünde birden çok çarpık görüntü oluşturuyor. Bu etkiyi doğru kullanmak için önce mercek galaksinin uzaklığını ve kütle dağılımını bilmek gerekiyordu. Ekip, Gemini North teleskobunun GMOS ve GNIRS tayfölçerleriyle mercek galaksinin dev bir eliptik galaksi olduğunu belirledi ve bir mercek modeli kurdu.

Model ALMA görüntüleriyle birleştirildiğinde Shadow Blaster'ın merkezinde gaz ve tozla dolu, son derece yoğun tempoda yıldız üreten çok sıkışık bir çekirdek ortaya çıktı. Galaksi kızılötesinde Güneş'ten trilyonlarca kat daha parlak. Kuramsal modeller, böyle aşırı ortamların doğal bir parçacık hızlandırıcısı gibi davranabileceğini öngörüyor: Enerjik parçacıklar tekrar tekrar gazla çarpışıyor ve bu çarpışmalarda nötrinolar üretiliyor.

Daha önce kesin olarak belirlenen nötrino kaynakları genellikle süper kütleli kara deliklerin fışkırttığı jetlerle ilişkiliydi. Shadow Blaster'da ise aktif bir kara deliğe işaret eden bir özellik görülmüyor. Bu durum, yüksek enerjili nötrinoların yalnızca kara delik jetlerinde değil, uzak evrende yaygın olan yoğun yıldız oluşumunda da üretilebileceğini düşündürüyor.

Çalışmanın arka planındaki iş birliği de dikkat çekici. ABD Ulusal Bilim Vakfı'nın araştırma altyapısı ofisinden Martin Still, sonucun parçacık dedektörleri ile teleskopların birlikte çalıştığında ne kadar etkili olabileceğini gösterdiğini vurguluyor.

Kozmik öğle vaktinin gizli katkısı

Yaklaşık 10 milyar yıl önce evren, Shadow Blaster gibi hızla yıldız üreten galaksilerle doluydu. Gökbilimciler bu döneme "kozmik öğle vakti" diyor. Bu galaksilerin çoğu kalın toz katmanlarının ardında gizli olduğu için bireysel bir nötrino olayını onlardan birine bağlamak bugüne kadar mümkün olmamıştı. Shadow Blaster'ı bir kütleçekimsel merceğin arkasına yerleştiren rastlantı, bu bağlantıyı kurmayı kolaylaştırdı.

• Doğrulanırsa Shadow Blaster, yüksek enerjili bir nötrino olayıyla doğrudan ilişkilendirilen ilk tozlu yıldız oluşturan galaksi olacak.
• Ekibin analizine göre bu tür sıkışık galaksilerden oluşan nüfus, IceCube'un ölçtüğü dağınık nötrino arka planının yüzde 20'sine kadarını açıklayabilir.

Sonuç henüz kesin bir eşleşme değil; araştırmacılar Shadow Blaster'ı, kapsamlı aramalara rağmen daha güçlü bir aday çıkmaması nedeniyle IC 210922A'nın en olası kaynağı olarak tanımlıyor. Yine de çalışma, parçacık dedektörleri ile teleskopların birlikte çalıştığı çok habercili astronominin evrenin gizli köşelerini nasıl aydınlatabileceğini gösteren güçlü bir örnek.