Астрофизики, наконец, нашли в дальнем космосе источник высокоэнергетических нейтрино

Новое исследование подтвердило, что некоторые из самых ярких и активных объектов во Вселенной являются источником высокоэнергетических космических нейтрино. Всесторонний анализ убедительно связал галактики, содержащие сверкающие ядра, называемые блазарами, с этими загадочными частицами. Научная статья вышла в Astrophysical Journal Letters, о результатах исследования рассказывает ScienceAlert.

«Результаты впервые предоставляют неопровержимые наблюдательные доказательства того, что подвыборка блазаров PeVatron является внегалактическими источниками нейтрино и, следовательно, ускорителями космических лучей», — сказала астрофизик Сара Бусон из Вюрцбургского университета им. Юлиуса Максимилиана (Германия).

Нейтрино — странные частицы. Они являются одними из самых распространенных во Вселенной. Однако их масса почти равна нулю, они электрически нейтральны и очень мало взаимодействуют с чем-либо во Вселенной. Вот почему они известны как частицы-призраки.

Довольно хорошо известно, откуда берутся нейтрино... обычные нейтрино. Они образуются в результате радиоактивного распада. Большая часть нейтрино, которые обнаруживают на Земле, являются побочными продуктами ядерных реакций на Солнце. Они также могут быть произведены, например, сверхновыми, искусственными ядерными реакциями или взаимодействием между космическими лучами и атомами.

Но специальная обсерватория в Антарктиде выявила несколько действительно причудливых нейтрино. Изредка, когда нейтрино взаимодействуют с молекулами атомов воды, они могут произвести очень маленькую вспышку света.

В нейтринной обсерватории IceCube есть детекторы, встроенные глубоко в антарктический лед на южном полюсе, которые могут обнаруживать эти вспышки. В 2012 году IceCube обнаружил два нейтрино, не похожих ни на что, известное ранее. Их энергии измерялись петаэлектронвольтами (ПэВ) — в 100 миллионов раз больше энергии нейтрино из сверхновых. Эти высокоэнергетические нейтрино пришли из межгалактического пространства. Но откуда — понятно не было.

Первый намек ученые получили в 2018 году. Поскольку нейтрино не взаимодействуют, они путешествуют в космосе почти по прямой линии, поэтому огромное международное сотрудничество ученых смогло проследить происхождение нейтрино высокой энергии до блазара.

Это ядро массивной галактики с активной сверхмассивной черной дырой в центре. При этом черная дыра расположена под таким углом, что струи ионизированного вещества, ускоренные почти до скорости света, направляются прямо на Землю. Тем не менее, остались некоторые вопросы о связи между блазарами и нейтрино высоких энергий.

Чтобы прояснить их, ученые взяли данные обо всех нейтрино за 7 лет и тщательно сравнили их с каталогом, состоящим из 3561 блазаров. С помощью статистического анализа, астрофизики доказали, что по крайней мере некоторые блазары способны производить нейтрино высоких энергий.

Это, в свою очередь, помогает решить еще одну проблему. Происхождение космических лучей высоких энергий — протонов и атомных ядер, которые летят в космосе со скоростью, близкой к скорости света, — также является огромной загадкой. Считается, что нейтрино высоких энергий образуются исключительно в процессах, связанных с ускорением космических лучей. По словам команды, это означает, что теперь можно связать блазары и с ускорением космических лучей.

«Процесс аккреции и вращение черной дыры приводит к образованию струй, в которых частицы ускоряются и испускают излучение с энергией в тысячу миллиардов энергий видимого света! Открытие связи между этими объектами и космическими лучами может стать "Розеттским камнем" астрофизики высоких энергий» — сказал астрофизик Андреа Трамасере из Женевского университета (Швейцария).

Здесь появляется несколько путей для дальнейшего изучения. Один из них: попытаться выяснить, почему одни блазары являются эффективными ускорителями частиц, а другие — нет. Это поможет выяснить характеристики нейтринной фабрики и где еще в космосе их можно их найти. Кроме того, более подробный анализ данных о нейтрино может дать больше открытий о происхождении этих необычных призрачных частиц.