Открытие внегалактических фабрик нейтрино

Международная исследовательская группа установила, что блазары однозначно связаны с высокоэнергетическими астрофизическими нейтрино с беспрецедентным уровнем достоверности.

Об этом рассказывают в Женевском университете (UNIGE), передают OstanniPodii.com.

Высокоэнергичные и трудные для обнаружения, нейтрино преодолевают путь в миллиарды световых лет, прежде чем достичь нашей планеты. Хотя известно, что эти элементарные частицы приходят из глубин нашей Вселенной, их точное происхождение до сих пор неизвестно. Международная исследовательская группа под руководством Университета Вюрцбурга и UNIGE проливает свет на один из аспектов этой тайны: считается, что нейтрино рождаются в блазарах – галактических ядрах с надмассивными черными дырами, подпитывающими высокорелятивистские джеты, направленные в сторону Земли. Результаты были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Атмосфера Земли постоянно бомбардируется космическими лучами. Они состоят из электрически заряженных частиц с энергией до 10^20 электронвольт. Это в миллион раз больше, чем энергия, достигаемая в самом мощном в мире ускорителе частиц – Большом адронном коллайдере под Женевой. Эти очень энергичные частицы приходят из глубочайшего космоса, преодолев миллиарды световых лет. Где они зарождаются, что проносит их через Вселенную с такой огромной силой? Эти вопросы являются одними из самых больших проблем астрофизики уже более века.

Места рождения космических лучей производят нейтрино. Нейтрино – это нейтральные частицы, которые трудно обнаружить. У них почти нет массы и они практически не взаимодействуют с материей. Они мчатся сквозь Вселенную и могут путешествовать сквозь галактики, планеты и человеческое тело практически бесследно. «Астрофизические нейтрино образуются исключительно в процессах, связанных с ускорением космических лучей», – объясняет профессор астрофизики Сара Бусон из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге (Бавария, Германия). Именно это делает нейтрино уникальными мессенджерами, прокладывающими путь к точному определению источников космических лучей.

Шаг вперед в спорной дискуссии

Несмотря на огромное количество собранных астрофизиками данных, связь высокоэнергетических нейтрино с порождающими их астрофизическими источниками остается нерешенной проблемой на протяжении многих лет. Сара Бусон всегда считала это серьезным вызовом. Именно в 2017 году в журнале Science исследовательница и ее соавторы впервые представили блазар (TXS 0506+056) как предполагаемый источник нейтрино. Публикация вызвала научную дискуссию о том, действительно ли существует связь между блазарами и высокоэнергетическими нейтрино.

Новости по подобной теме:

Когда черные дыры сталкиваются, они могли бы производить нейтрино

После этого первого обнадеживающего шага в июне 2021 года группа профессора Бусон начала амбициозный исследовательский проект по изучению нескольких мессенджеров при поддержке Европейского исследовательского совета. Он включает анализ различных сигналов ("мессенджеров", например, нейтрино) из Вселенной. Главная цель – пролить свет на происхождение астрофизических нейтрино, возможно с высокой степенью уверенности установить, что блазар является первым источником внегалактических высокоэнергетических нейтрино.

Сейчас проект демонстрирует первые успехи: в журнале Astrophysical Journal Letters Сара Бусон вместе со своей группой, бывшим постдоком Раниером де Менезесом (JMU) и Андреа Трамасере из UNIGE, сообщает, что блазары могут быть уверенно связаны с астрофизическими нейтрино с беспрецедентной степенью достоверности.

Раскрытие роли блазаров

Андреа Трамасере является одним из экспертов в области численного моделирования процессов ускорения и механизмов излучения, действующих в релятивистских струях – потоках ускоренной материи, скорость которой приближена к скорости света – в частности, струях блазаров. «Процесс аккреции и вращение черной дыры приводят к образованию релятивистских струй, в которых частицы ускоряются и испускают излучения с энергиями, которые до тысячи миллиардов раз превышают энергию видимого света! Открытие связи между этими объектами и космическими лучами может стать "Розетским камнем" астрофизики высоких энергий».

Чтобы получить эти результаты, исследовательская группа использовала данные нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде – самрго чувствительного нейтринного детектора из действующих – и BZCat, одного из самых точных каталогов блазаров. «С помощью этих данных мы должны доказать, что блазары, направленные позиции которых совпадают с нейтрино, не были там случайно». Для этого исследователь UNIGE разработал программное обеспечение, способное оценить, насколько одинаково выглядят распределение этих объектов на небе. «Бросив кости несколько раз, мы обнаружили, что случайная ассоциация может превышать ассоциацию реальных данных только один раз из миллиона испытаний! Это убедительное доказательство того, что наши ассоциации верны».

Несмотря на успех, исследовательская группа считает, что эта первая выборка объектов – лишь "вершина айсберга". Эта работа позволила им собрать "новые показания наблюдений", которые являются важнейшим ингредиентом для построения более реалистичных моделей астрофизических ускорителей. «Сейчас нам необходимо узнать, в чем заключается главное различие между объектами, выпускающими нейтрино, и не выпускающими. Это поможет нам понять, в какой степени среда и ускоритель "разговаривают" друг с другом. Тогда мы сможем исключить некоторые модели, улучшить предсказуемую силу других и наконец добавить больше кусочков к вечному пазлу ускорения космических лучей».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• блазар
• нейтрино