Может ли черная дыра породить нейтрино высокой энергии? Маловероятно, как показывает новое исследование

В октябре 2019 года нейтрино высокой энергии было зафиксировано в Антарктиде. Нейтрино, которое было чрезвычайно трудно обнаружить, вызвало пик интереса астрономов: что могло породить такую ​​мощную частицу?

Исследователи проследили происхождение нейтрино до сверхмассивной черной дыры, которая только что разорвала на части и поглотила звезду. Известный как приливный срыв (TDE), событие AT2019dsg произошло всего за несколько месяцев до этого — в апреле 2019 года — в том же районе неба, откуда пришло нейтрино. По словам астрономов, чудовищно жесткое событие должно было быть источником мощной частицы.

Но новое исследование ставит под сомнение это утверждение.

В исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal, ученые из Центра астрофизики Harvard & Smithsonian and Northwestern University представляют обширные новые радионаблюдения и данные о AT2019dsg, что позволяет рассчитать энергию, излучаемую этим событием.

Результаты показывают, что AT2019dsg генерирует далеко не всю энергию, необходимую для нейтрино; на самом деле то, что оно извергнуло, было вполне «обычным», — заключают исследователи.

Черные дыры — пожиратели звезд

Хотя это может показаться нелогичным, черные дыры не всегда поглощают все, что находится в пределах досягаемости.

«Черные дыры не похожи на пылесосы», — говорит Иветт Сендес, научный сотрудник Центра астрофизики, руководившая исследованием.

Когда звезда подходит слишком близко к черной дыре, гравитационные силы начинают растягивать или спагеттифицировать звезду, объясняет Сендес. В конце концов, удлиненный материал вращается по спирали вокруг черной дыры и нагревается, создавая в небе вспышку, которую астрономы могут заметить с расстояния в миллионы световых лет.

«Но когда материала слишком много, черные дыры не могут съесть его сразу», — говорит Кейт Александер, соавтор исследования и научный сотрудник Северо-Западного университета, которая называет черные дыры «грязными пожирателями». «Часть газа извергается обратно во время этого процесса — например, когда младенцы едят, часть еды оказывается на полу или стенах».

Эти остатки выбрасываются обратно в космос в виде струи, которая, если будет достаточно мощной, теоретически может генерировать субатомную частицу, известную как нейтрино.

Маловероятный источник нейтрино

Используя телескоп ALMA в Чили, команда астрономов смогла наблюдать AT2019dsg с расстояния примерно 750 миллионов световых лет в течение более 500 дней после того, как черная дыра начала поглощать звезду.  Обширные радионаблюдения сделали AT2019dsg наиболее хорошо изученным TDE на сегодняшний день и показали, что яркость радиоволн достигла пика примерно через 200 дней после начала события.

Согласно данным, общее количество энергии в оттоке было эквивалентно энергии, излучаемой Солнцем в течение 30 миллионов лет. Хотя это может показаться впечатляющим количеством, мощное нейтрино, обнаруженное 1 октября 2019 года, требует источника в 1000 раз более мощного.

«Вместо того, чтобы видеть яркую струю материала, необходимую для этого, мы видим более слабое радиоизлучение материала», — объясняют исследователи. «Вместо мощного урагана мы видим легкий ветер».

«Если это нейтрино каким-то образом пришло из AT2019dsg, возникает вопрос: почему мы не заметили нейтрино, связанные со сверхновыми, на таком расстоянии или ближе? Они гораздо более распространены и имеют такие же энергетические скорости».

Ученые пришли к выводу, что маловероятно, что нейтрино пришли именно из этого TDE. Однако если это так, астрономы далеки от понимания TDE и того, как они запускают нейтрино.

Событие AT2019dsg было впервые обнаружено 9 апреля 2019 года. Нейтрино, известное как IceCube-191001A, было обнаружено нейтринной обсерваторией IceCube на Южном полюсе шесть месяцев спустя.