ВАЖНО: Мы наконец-то определили источник мощных «частиц-призраков»

13.07.2018

Космос не перестаёт удивлять.

Наконец-то учёным удалось найти источник высокоэнергетических космических нейтрино, прилетающих откуда-то за пределами нашей галактики.

Так называемая «частица-призрак», обнаруженная 22 сентября 2017 года, преодолела 4 миллиарда световых лет, чтобы достичь нашей планеты. Родилась она в крайне энергетическом обьекте, называемом блазаром.

Это удивительное открытие, которое не только подтверждает, что блазары являются источниками высокоэнергетических нейтрино, но и открывает новые горизонты для изучения: астрофизика многоканальных нейтрино – астрофизика на основе дополнения наблюдений электромагнитного спектра гравитационно-волновыми наблюдениями, то есть учёные используют различные типы детекторов для изучения одного феномена.

Тот же метод использовался в исследовании, которое подтвердило факт столкновения двух нейтронных звёзд, и более того, ученым удалось сфотографировать это знаменательное событие.

Экстрагалактические нейтрино с высокой энергией озадачивали ученых с момента их первого обнаружения в 2012 году. Открытие совершили с помощью детектора IceCube, расположенного на Южном полюсе, который специализируется на обнаружении нейтрино. Антарктический лёд сыграл важную роль.

Субатомные частицы, конечно, странные, но они и близко не стоят с нейтрино: Их масса равна нулю, они путешествуют со скоростью, близкой к скорости света, и почти не взаимодействуют с обычной материей. Для этих частиц наша вселенная не существует, она нематериальна.

Миллиарды нейтрино проносятся сквозь вас прям в эту секунду. Именно поэтому их прозвали «частицами-призраками».

И все же это не означает, что они не могут взаимодействовать с материей, этим как раз и пользуется IceCube. Порой нейтрино взаимодействует со льдом и появляется вспышка света.

Детекторы IceCube направлены вглубь антарктического льда, где в полнейшей темноте можно заметить проблески фотонов – результаты взаимодействий нейтрино со льдом.

На данный момент IceCube поймал несколько нейтрино, отличающихся от своих сородичей по энергетической силе. Они намного сильнее, а это значит, что они прилетели с более дальнего расстояния.

Учёные регистрировали нейтрино от суперновой 1987 в гало Млечного пути (sn1987a), энергия которых достигала 36 мегаэлектронвольт (МэВ). Нейтрино 2012 по энергии превысили петаэлектронвольт – то есть оказались более чем в 100 миллионов раз более мощными.

Визуализация зарегистрированных IceCube нейтрино 
Визуализация зарегистрированных IceCube нейтрино 

Энергия сентябрьского нейтрино была чуть ниже – 300 тераэлектронвольт, – но и это намного превосходит ближайшие показатели. А так как для нейтрино наша Вселенная, можно сказать, не существует, они всегда путешествуют по прямой.

Как именно команде из сотен ученых со всего света удалось найти источник этих частиц?

Они отследили его путь обратно до блазара в 4 миллиардах световых лет от нас – TXS 0506+056, у плеча Ориона. Это открытие доказывает, что высокоэнергетические космические лучи состоящие преимущественно из протонов и атомных ядер происходят из того же места.

Блазар – это тип квазара, т.е. галактики с активной сверхмассивной чёрной дырой в центре, излучающей огромные объемы энергии в процессе поглощения материи.

Но блазар к тому же расположен так, что галактическая плоскость лежит лицом к нам, а один из джетлаг из чёрной дыры направлен прямо на нас.

В небе наблюдаются несколько тысяч таких объектов, но они занимали довольно низкие позиции в рейтинге кандидатов на источник обсуждаемых нейтрино.

«Любопытно, в сообществе астрофизиков установился общий консенсус, что блазары вряд ли являются источниками космического излучения, и вот мы здесь», – говорит Фрэнсис Халзен, физик из Висконсинского университета в Мадисоне и ведущий учёный в Обсерватории нейтрино IceCube.

Когда в 2017 вспышка была зарегистрирована в реальном времени, учёные сразу сфокусировали на ней своё внимание. Они тут же начали прочесывать данные IceCube и обнаружили вспышки из нескольких дюжин нейтрино в период с конца 2014 по начало 2015 года, все они прилетели из одного места.

IceCube на Южном полюсе
IceCube на Южном полюсе

Это открытие подтвердили наблюдения с двух гамма-телескопов – космического гамма-телескопа Ферми от НАСА и системы из двух наземных черенковских телескопов MAGIC (англ. Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope) на Канарских островах.

Они зарегистрировали вспышку высокогоэнергетической гамма-активности от TXS 0506+056.

То же поймали в радио-спектре. А также на блазар были направлены оптические телескопы семи обсерваторий. Все для того, чтобы максимально собрать данные об активности.

Вся эти огромные усилия позволили совершить открытие. Этот блазар стал первым известным ускорителем самых высокоэнергетических нейтрино и космических лучей.

«Пазл сложился», – говорит Альбрехт Карл, физик Висконсинский университет в Мадисоне.

«Вспышки от нейтрино в наших архивных данных стали независимым подтверждением. Вместе со всеми наблюдениями других обсерваторий это можно считать надежным доказательством, что этот блазар являет я источником крайне энергетических нейтрино, а значит и высокоэнергетических космических лучей».

 – 

Исследования были опубликованы в двух статьях на Science: тут и тут.

Специально для нашего проекта Funscience - ставьте лайки и подписывайтесь!