Відкриття позагалактичних фабрик нейтрино

Міжнародна дослідницька група встановила, що блазари однозначно пов′язані з високоенергетичними астрофізичними нейтрино з безпрецедентним рівнем впевненості.

Про це розповідають в Женевському університеті (UNIGE), передають OstanniPodii.com.

Високоенергійні та важкі для виявлення, нейтрино долають шлях у мільярди світлових років, перш ніж досягти нашої планети. Хоча відомо, що ці елементарні частинки приходять з глибин нашого Всесвіту, їхнє точне походження досі невідоме. Міжнародна дослідницька група під керівництвом Університету Вюрцбурга та UNIGE проливає світло на один з аспектів цієї таємниці: вважається, що нейтрино народжуються в блазарах – галактичних ядрах з надмасивними чорними дірами, які підживлюють високорелятивістські джети, спрямовані у напрямку Землі. Результати були опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters.

Атмосфера Землі постійно бомбардується космічними променями. Вони складаються з електрично заряджених частинок з енергією до 10^20 електронвольт. Це в мільйон разів більше, ніж енергія, що досягається у найпотужнішому у світі прискорювачі частинок – Великому адронному колайдері під Женевою. Ці надзвичайно енергійні частки приходять з глибокого космосу, подолавши мільярди світлових років. Де вони зароджуються, що проносить їх через Всесвіт з такою величезною силою? Ці питання є одними з найбільших проблем астрофізики вже понад століття.

Місця народження космічних променів виробляють нейтрино. Нейтрино – це нейтральні частинки, які важко виявити. Вони майже не мають маси та практично не взаємодіють з матерією. Вони мчать крізь Всесвіт і можуть подорожувати галактиками, планетами й людським тілом практично безслідно. «Астрофізичні нейтрино утворюються виключно в процесах, пов′язаних з прискоренням космічних променів», – пояснює професорка астрофізики Сара Бусон з Університету Юліуса-Максимиліана (JMU) у Вюрцбургу (Баварія, Німеччина). Саме це робить нейтрино унікальними месенджерами, які прокладають шлях до точного визначення джерел космічних променів.

Крок уперед у спірній дискусії

Попри величезну кількість зібраних астрофізиками даних, зв′язок високоенергетичних нейтрино з астрофізичними джерелами, що їх породжують, залишається невирішеною проблемою протягом багатьох років. Сара Бусон завжди вважала це за серйозний виклик. Саме у 2017 році в журналі Science дослідниця та її співавтори вперше представили блазар (TXS 0506+056) як гадане джерело нейтрино. Публікація спричинила наукову дискусію про те, чи справді існує зв′язок між блазарами та високоенергетичними нейтрино.

Новини за подібною темою:

Коли чорні діри стикаються, вони могли б виробляти нейтрино

Після цього першого обнадійливого кроку, у червні 2021 року, група професорки Бусон розпочала амбітний дослідницький проєкт з вивчення кількох месенджерів за підтримки Європейської дослідницької ради. Він включає аналіз різних сигналів ("месенджерів", наприклад, нейтрино) зі Всесвіту. Головна мета – пролити світло на походження астрофізичних нейтрино, можливо з високим ступенем впевненості встановити, що блазар є першим джерелом позагалактичних високоенергетичних нейтрино.

Зараз проєкт демонструє перші успіхи: в журналі Astrophysical Journal Letters Сара Бусон разом зі своєю групою, колишнім постдоком Ранієром де Менезесом (JMU) та Андреа Трамасере з UNIGE, повідомляє, що блазари можуть бути впевнено пов′язані з астрофізичними нейтрино з безпрецедентним ступенем вірогідності.

Розкриття ролі блазарів

Андреа Трамасере є одним з експертів у галузі чисельного моделювання процесів прискорення та механізмів випромінювання, що діють у релятивістських струменях – потоках прискореної матерії, швидкість якої наближена до швидкості світла – зокрема, струменях блазарів. «Процес акреції та обертання чорної діри призводять до утворення релятивістських струменів, у яких частинки прискорюються й випускають випромінювання з енергіями, що до тисячі мільярдів разів перевищують енергію видимого світла! Відкриття зв′язку між цими об′єктами та космічними променями може стати "Розетським каменем" астрофізики високих енергій».

Щоб отримати ці результати, дослідницька група використала дані нейтринної обсерваторії IceCube в Антарктиді – найчутливішого нейтринного детектора з чинних – та BZCat, одного з найточніших каталогів блазарів. «За допомогою цих даних ми мали довести, що блазари, направлені позиції яких збігаються з нейтрино, не були там випадково». Для цього дослідник UNIGE розробив програмне забезпечення, яке здатне оцінити, наскільки однаково виглядають розподіли цих об′єктів на небі. «Кинувши кістки кілька разів, ми виявили, що випадкова асоціація може перевищувати асоціацію реальних даних лише один раз з мільйона випробувань! Це переконливий доказ того, що наші асоціації вірні».

Попри цей успіх, дослідницька група вважає, що ця перша вибірка об′єктів – лише "вершина айсберга". Ця робота дозволила їм зібрати "нові свідчення спостережень", які є найважливішим інгредієнтом для побудови реалістичніших моделей астрофізичних прискорювачів. «Зараз нам необхідно дізнатися, в чому полягає головна відмінність між об′єктами, що випускають нейтрино, і тими, які не випускають. Це допоможе нам зрозуміти, якою мірою середовище та прискорювач "розмовляють" один з одним. Тоді ми зможемо виключити деякі моделі, покращити передбачувальну силу інших і, нарешті, додати більше шматочків до вічного пазла прискорення космічних променів».

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• блазар
• нейтрино