Астрономы предложили новый источник космических нейтрино в виде компактных галактик
Наблюдения космического телескопа James Webb за далёкой Вселенной выявили многочисленный класс компактных красных галактик, известных как Little Red Dots («маленькие красные точки»). Астрономы предполагают, что по крайней мере часть этих объектов может содержать активно растущие сверхмассивные чёрные дыры в своих центрах, окружённые плотными газовыми оболочками. Такие условия могут быть благоприятными для образования высокоэнергетических нейтрино.
Нейтрино представляют собой электрически нейтральные элементарные частицы с почти нулевой массой, которые крайне слабо взаимодействуют с веществом. Хотя поток высокоэнергетических нейтрино из космоса уже фиксировался на Земле, их точные источники до сих пор остаются неизвестными. Проблема заключается в том, что механизмы их образования обычно сопровождаются также генерацией гамма-излучения, однако наблюдаемый фон гамма-лучей не соответствует ожиданиям, если бы все источники нейтрино одновременно производили и его в больших количествах.
Поэтому учёные рассматривают сценарии, при которых источники нейтрино «скрыты» от наблюдения в гамма-диапазоне. Исследователи из Киотского университета предложили, что «маленькие красные точки» могут быть именно такими объектами. Большинство из них не демонстрируют ярких признаков мощных джетов или выбросов, характерных для активных галактических ядер, таких как сильное радио- или рентгеновское излучение. Это позволило предположить, что струи вещества могут быть погружены в плотные газовые оболочки.
По словам первого автора работы Рику Куза, в таких условиях вокруг центральной чёрной дыры одновременно присутствуют плотный газ и большое количество фотонов, что создаёт среду для эффективных столкновений высокоэнергетических частиц. В результате таких взаимодействий могут образовываться нейтрино, при этом гамма-излучение частично поглощается и не выходит за пределы объекта.
Для проверки гипотезы исследователи оценили вклад подобных галактик в наблюдаемый на Земле фон высокоэнергетических нейтрино. Они использовали данные о типичной светимости и плотности распределения таких объектов, а также провели численные расчёты, учитывающие ускорение частиц, образование вторичных частиц и процессы их охлаждения. Это позволило определить ожидаемый спектр нейтрино.
Результаты показали, что если в скрытых ядрах «маленьких красных точек» действительно происходит эффективное ускорение частиц, эти объекты могут генерировать высокоэнергетические нейтрино, одновременно подавляя гамма-излучение. В таком случае они способны вносить заметный вклад в общий нейтринный фон Вселенной, наблюдаемый на Земле.
Авторы подчёркивают, что прямое наблюдение таких объектов затруднено, однако их многочисленность делает их потенциально важным компонентом в объяснении происхождения космических нейтрино. В дальнейшем учёные планируют уточнить параметры нейтрино различных типов (так называемых «ароматов») и исследовать условия, при которых струи вещества оказываются погребены в газовых оболочках.
Исследование в журнале Physical Review D.