Высокоэнергетические космические нейтрино происходят от радиовспышек

Прямо сейчас через ваше тело проходят миллиарды крошечных частиц, называемых нейтрино. Но откуда они взялись? Российские исследователи теперь проследили путь некоторых нейтрино сверхвысоких энергий до их точек происхождения — радиовспышек от бушующих квазаров.

Нейтрино — это элементарные частицы с нейтральным зарядом и почти без массы вообще. Они чрезвычайно распространены, образуются в ядерных реакторах, на Солнце, в сверхновых и космических лучах, взаимодействующих с атмосферой Земли.

Но некоторые из них ускоряются до чрезвычайно высоких энергий в глубоком космосе, и как и где это происходит, остается большей частью загадкой. Выяснить это было целью нового исследования, проведенного учеными Московского физико-технического института (МФТИ), Российской академии наук и Института Макса Планка.

Несмотря на то, что нейтрино очень распространены, их трудно изучать. Это потому, что они мало взаимодействуют с другой материей, проходя без особых усилий через целые планеты. Но время от времени одна частица случайно взаимодействует с другой, и специализированные детекторы могут уловить этот сигнал.

Чтобы защитить их от внешних помех, детекторы нейтрино обычно строят глубоко под землей, под водой или под ледяными покровами. Таким образом, другие частицы будут отклоняться от молекул на поверхности или вблизи нее, в то время как нейтрино будут лететь прямо через нее.

В этом случае ученые использовали данные из IceCube, нейтринной обсерватории, погребенной под 2 километрами льда в Антарктиде. Они искали чрезвычайно высокоэнергетические нейтрино, 200 триллионов электрон-вольт (Тера-электрон-вольт, ТэВ) или больше.

Их гипотеза состояла в том, что высокоэнергетические нейтрино образуются во время радиовспышек из квазаров – галактик с особенно активными черными дырами в их центрах. Когда материя падает к черной дыре, протоны иногда ускоряются и выбрасываются в космос, превращаясь в энергетические нейтрино.

Хотя они и раньше были обнаружены в квазарах, считалось, что они всегда сопровождают гамма-всплески. Команда ученых, проводившая новое исследование, подозревала, что вместо этого они могут быть произведены во время радиовспышек.

Чтобы выяснить это, ученые проанализировали 50 нейтринных событий, зафиксированных IceCube, и сравнили полученные данные с измерениями квазаров с помощью радиотелескопов по всему миру. В частности, они использовали российский радиотелескоп РАТАН.

И действительно, они обнаружили, что в то же самое время, когда нейтрино падали на Землю, часто регистрировались радиовспышки с частотами более 10 ГГц, исходящие от определенных квазаров.

“Сначала результаты казались «слишком хорошими”, чтобы быть правдой, но после тщательного повторного анализа данных мы подтвердили, что нейтринные события были явно связаны с сигналами, полученными радиотелескопами», — говорит Сергей Троицкий, автор исследования.

“Мы проверили эту ассоциацию на основе данных многолетних наблюдений телескопа РАТАН и вероятность того, что результаты будут случайными, составляет всего 0,2%. Это весьма успешно для нейтринной астрофизики, и наше открытие теперь требует теоретических объяснений.”

Теперь команда планирует исследовать, как именно квазары производят нейтрино, и перепроверить первоначальные выводы.

Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.