El evento de neutrinos IceCube 170922A, detectado en el Observatorio de Neutrinos IceCube en el Polo Sur, parece originarse en la galaxia activa distante TXS 0506 + 056, a una distancia de viaje de la luz de 3.800 millones de años luz. TXS 0506 + 056 es una de las muchas galaxias activas y seguía siendo un misterio por qué y cómo solo esta galaxia en particular generaba neutrinos hasta ahora.

Un equipo internacional de investigadores dirigido por Silke Britzen del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, estudió observaciones de radio de alta resolución de la fuente entre 2009 y 2018, antes y después del evento de neutrinos. El equipo propone que la actividad mejorada de los neutrinos durante un destello de neutrinos anterior y el neutrino único podrían haber sido generados por una colisión cósmica dentro de TXS 0506 + 056. El choque de material en chorro cerca de un agujero negro supermasivo parece haber producido los neutrinos.

Los resultados se publican en Astronomía y Astrofísica , 02 de octubre 2019.

El 12 de julio 2018, la colaboración IceCube anunció la detección del primer neutrino de alta energía, IceCube-170922A, que se remonta a un origen cósmico distante. Si bien el origen cósmico de los neutrinos se había sospechado durante bastante tiempo, este fue el primer neutrino del espacio exterior cuyo origen pudo confirmarse. El "hogar" de este neutrino es un Núcleo Galáctico Activo (AGN), una galaxia con un agujero negro supermasivo como motor central. Un equipo internacional pudo aclarar ahora el mecanismo de producción del neutrino y encontró un equivalente a un colisionador en la Tierra:una colisión cósmica de material lanzado en chorro.

Los AGN son los objetos más energéticos de nuestro Universo. Impulsado por un agujero negro supermasivo, se acumula materia y se lanzan corrientes de plasma (los llamados chorros) al espacio intergaláctico. Los objetos BL Lac forman una clase especial de estos AGN, donde el chorro nos apunta directamente y domina la radiación observada. El evento de neutrinos IceCube-170922A parece originarse en el objeto BL Lac TXS 0506 + 056, una galaxia con un corrimiento al rojo de z =0.34, correspondiente a una distancia de viaje de la luz de 3.800 millones de años luz. Un análisis de los datos de archivo de IceCube realizado por IceCube Collaboration había revelado evidencia de una actividad mejorada de neutrinos anteriormente, entre septiembre de 2014 y marzo de 2015.

Otros objetos BL Lac muestran propiedades bastante similares a las de TXS 0506 + 056. "Fue un poco misterioso, sin embargo, por qué solo TXS 0506 + 056 ha sido identificado como un emisor de neutrinos, "explica Silke Britzen del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), el autor principal del artículo. "Queríamos descubrir qué hace que TXS 0506 + 056 sea especial, para comprender el proceso de creación de neutrinos y para localizar el sitio de emisión y estudió una serie de imágenes de radio de alta resolución del chorro ".

Para su sorpresa, los investigadores encontraron una interacción inesperada entre el material de chorro en TXS 0506 + 056. Mientras que generalmente se asume que el plasma en chorro fluye sin perturbaciones en una especie de canal, la situación parece diferente en TXS 0506 + 056. El equipo propone que la actividad mejorada de los neutrinos durante la erupción de neutrinos en 2014-2015 y el neutrino EHE único. IceCube-170922A podría haber sido generado por una colisión cósmica dentro de la fuente.

Esta colisión cósmica puede explicarse por el impacto de un nuevo material de chorro contra un material de chorro más antiguo. Una estructura de chorro fuertemente curvada proporciona la configuración adecuada para tal escenario. Otra explicación implica la colisión de dos chorros en la misma fuente. En ambos escenarios, es la colisión del material lanzado en chorro lo que genera el neutrino. Markus Böttcher de la North-West University en Potchefstroom (Sudáfrica), un coautor del artículo, realizó los cálculos con respecto a la radiación y emisión de partículas. "Esta colisión de material lanzado en chorro es actualmente el único mecanismo viable que puede explicar la detección de neutrinos de esta fuente. También nos proporciona información importante sobre el material del chorro y resuelve una pregunta de larga data sobre si los chorros son leptónicos". que consta de electrones y positrones; o hadrónico, que consta de electrones y protones; O una combinación de ambos. Al menos parte del material del jet debe ser hadrónico; de lo contrario, no hubiéramos detectado el neutrino ".

En el curso de la evolución cósmica de nuestro Universo, Las colisiones de galaxias parecen ser un fenómeno frecuente. Suponiendo que ambas galaxias contienen agujeros negros supermasivos centrales, la colisión galáctica puede resultar en un par de agujeros negros en el centro. Este par de agujeros negros podría eventualmente fusionarse y producir el equivalente supermasivo de las fusiones estelares de agujeros negros detectadas en ondas gravitacionales por la colaboración LIGO / Virgo.

Durante muchos años se han buscado AGN con agujeros negros dobles a una pequeña separación de solo años luz. Sin embargo, parecen ser raros y difíciles de identificar. Además de la colisión del material lanzado, el equipo también encontró evidencia de una precesión del chorro central de TXS 0506 + 056. Según Michal Zajaček del Centro de Física Teórica, Varsovia:"Esta precesión puede explicarse en general por la presencia de un agujero negro supermasivo binario o el efecto de precesión Lense-Thirring como predice la teoría de la relatividad general de Einstein. Este último también podría ser provocado por un segundo, agujero negro más distante en el centro. Ambos escenarios conducen a un desvío de la dirección del chorro, que observamos ".

Christian Fendt, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, está asombrado:"Cuanto más de cerca miramos las fuentes de los chorros, más complicadas aparecen la estructura interna y la dinámica del chorro. Mientras que los agujeros negros binarios producen una estructura de flujo de salida más compleja, su existencia se espera naturalmente a partir de los modelos cosmológicos de formación de galaxias mediante fusiones de galaxias ".

Silke Britzen enfatiza el potencial científico de los hallazgos:"Es fantástico comprender la generación de neutrinos estudiando el interior de los chorros. Y sería un gran avance si nuestro análisis hubiera proporcionado otro candidato para una fuente de chorro de agujero negro binario con dos chorros".

Parece ser la primera vez que se informa de una posible colisión de dos chorros a escalas de unos pocos años luz y que la detección de un neutrino cósmico podría remontarse a una colisión de chorros cósmicos.

Si bien TXS 0506 + 056 puede no ser representativo de la clase de objetos BL Lac, esta fuente podría proporcionar la configuración adecuada para una interacción repetida de material lanzado en chorro y la generación de neutrinos.