Астрофизики считают, что нашли загадочный источник нейтрино высоких энергий

Некоторые из самых ярких и энергичных объектов во Вселенной являются таинственным источником высокоэнергетических космических нейтрино, как подтвердили новые исследования.

Всесторонний анализ довольно убедительно установил связь между галактиками, содержащими пылающие ядра, известные как блазары с этими загадочными частицами.

Это действительно неожиданное решение проблемы, над которой астрофизики годами ломали голову.

«Результаты впервые дают неопровержимое наблюдательное свидетельство того, что подвыборка блазаров ПеВатрон является внегалактическим источником нейтрино и, следовательно, ускорителями космических лучей», — сказала астрофизик Сара Бусон из Вюрцбургского университета им. Юлиуса Максимилиана в Германии. лучшие времена. Эти субатомные частицы распространены повсеместно и являются одними из самых распространенных во Вселенной.

Однако их масса почти равна нулю, они электрически нейтральны и очень мало взаимодействуют с чем-либо еще во Вселенной. Для нейтрино обычная материя, из которой состоит большая часть Вселенной, могла бы быть тенью; вот почему они известны как частицы-призраки.

Мы довольно хорошо знаем, откуда берутся нейтрино – обычные нейтрино.

Они образуются в результате радиоактивного распада, что довольно часто. Большинство нейтрино, которые мы обнаруживаем на Земле, являются побочными продуктами ядерных реакций на Солнце, но они также могут возникать в результате взрыва сверхновых, искусственных ядерных реакций или, например, взаимодействия между космическими лучами и атомами.

Но специальная обсерватория в Антарктиде обнаружила несколько действительно причудливых.

Хотя нейтрино мало взаимодействуют с обычной материей, время от времени они взаимодействуют. Когда они 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. Эти обнаружения могут выявить энергию нейтрино.

В 2012 году IceCube обнаружил два нейтрино, которые не были похожи ни на что, что мы когда-либо видели. Их энергии измерялись петаэлектронвольтами (ПэВ) — в 100 миллионов раз больше энергии нейтрино сверхновых. И эти высокоэнергетические нейтрино пришли из межгалактического пространства, источник неизвестен.

Мы получили намек на этот источник в 2018 году. Поскольку нейтрино не взаимодействуют, они в значительной степени путешествуют по прямой линии в космосе. – таким образом, благодаря огромному международному сотрудничеству ученых удалось проследить путь нейтрино высоких энергий до блазара.

Это ядро ​​массивной галактики, питаемой активной сверхмассивной черной дырой, расположенной под таким углом, что струи ионизированного материя ускорилась почти до скорости света непосредственно на Земле.

«Интересно, что в сообществе астрофизиков существовал общий консенсус в отношении того, что блазары вряд ли могут быть источниками космических лучей, и вот мы здесь», Физик из Университета Висконсин-Мэдисон Фрэнсис Халзен сказал в то время.

Тем не менее, остаются некоторые вопросы о связи между блазарами и нейтрино высоких энергий. Поэтому группа ученых во главе с Бусоном сделала то, что делают ученые: они начали копать.

Они взяли данные о нейтрино всего неба за 7 лет из IceCube и тщательно сравнили их с каталогом из 3561 нейтрино. объекты, которые либо являются подтвержденными блазарами, либо с большой вероятностью ими являются.

Они выполнили позиционное перекрестное сопоставление этих каталогов, пытаясь определить, могут ли нейтрино высоких энергий быть окончательно связаны с местоположениями блазаров в небе.

«С помощью этих данных мы должны были доказать, что блазары, направление которых совпадает с положением нейтрино, появились не случайно», – пояснил астрофизик Андреа Трамасере из Женевского университета в Швейцарии.

«После нескольких бросков костей мы обнаружили, что случайная связь может превзойти реальные данные только один раз на миллион испытаний! Это убедительное доказательство того, что наши ассоциации верны.»

Согласно для анализа команды вероятность случайного появления равна 0,0000006. Это говорит о том, что по крайней мере некоторые блазары способны производить нейтрино высоких энергий, что, 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.

Согласно Бусону, нейтрино высоких энергий образуются исключительно в процессы, связанные с ускорением космических лучей. По словам ученых, это означает, что теперь мы можем связать блазары с ускорением космических лучей.

«Процесс аккреции и вращение черной дыры приводят к формированию релятивистских струй, где частицы ускоряются и испускают излучение с энергией в тысячу миллиардов энергий видимого света!» Трамасере сказал.

«Открытие связи между этими объектами и космическими лучами может быть «Розеттским камнем» астрофизики высоких энергий».

Отсюда есть несколько направления, требующие дальнейшего изучения. Один из них — попытаться выяснить, почему одни блазары являются эффективными ускорителями частиц, а другие — нет. Это поможет команде выяснить, каковы характеристики нейтринной фабрики и где еще в космосе мы можем их найти.

Кроме того, дальнейший, более подробный анализ данных о нейтрино может дать больше открытий о места рождения этих необычных призрачных частиц.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.