В космосе найден источник нейтрино — ключ к загадке появления космических лучей

Нейтрино — это элементарные частицы без массы, которые не взаимодействуют с материей. Ученые доказали, что их источником являются особые сверхмассивные черные дыры — блазары. Теперь астрофизикам остается до конца распутать загадку появления нейтрино в космосе.

Нейтрино являются одними из самых крошечных элементарных частиц во Вселенной. Они примерно в миллион раз меньше электрона. Но, в отличие от электронов, нейтрино — незаряженные частицы.<

Также неверно думать о нейтрино как о частице, похожей на фотон, частицу света. Но фотоны взаимодействуют со всем — они не могут пройти даже через лист бумаги — в то время как нейтрино проходят через большие объемы материи. Вот почему иногда нейтрино называют частицами-призраками. На них не действуют магнитные поля, и они путешествуют миллионы, даже миллиарды лет по Вселенной, почти не изменяясь.

Художественная визуализация нейтринной обсерватории IceCube. Она находится на глубине от 1,5 до 2,5 км ниже Южного полюса. Единственным видимым внешнему наблюдателю оборудованием является лаборатория IceCube Lab, также называемая ICL, в которой размещены компьютеры, собирающие данные с более чем 5000 датчиков. Изображение: IceCube/NSF

Наблюдать нейтрино в условиях космоса крайне сложно — ведь они почти не взаимодействуют с материей. Поэтому детекторы нейтрино заметно отличаются от телескопов, которые в основном работают как линзы или зеркала. Детекторы для обнаружения нейтрино, как правило, представляют собой огромные емкости с тоннами воды, которые располагаются глубоко под землей. Нейтринных детекторов мало: среди самых известных — «Супер-Камиоканде» в Японии, Нейтринная обсерватория в Садбери (Канада), IceCube в Антарктике.

Однако источник нейтрино в космосе очень долго оставался неизвестным. Ученые знали, что нейтрино должны формироваться при гораздо более энергичном ускорении частиц, чем существует в Большом адронном коллайдере, но не могли выяснить, каков их источник, то есть где оно происходит. Предположение, что источником нейтрино являются блазары, было выдвинуто еще в 2017 году. Позднее это было доказано для единичного случая. Теперь стало очевидно, что этот вывод относится ко всем активным галактическим ядрам.

Специалисты из университетов Вюрцбурга и Женевы смогли выявить связь между блазарами и нейтрино. Благодаря наблюдениям у них получилось установить, что блазары и выступают источниками нейтрино. Также ученые смоделировали процессы ускорения материи, в которых и зарождаются нейтрино.

Блазар — это активное галактическое ядро, в центре которого может находиться одна или несколько сверхмассивных черных дыр. Он испускает чрезвычайно мощное излучение в виде струй. Визуализация: NASA/Goddard Space Flight

Для доказательства причастности блазаров к формированию нейтрино в космосе, ученые взяли за основу данные IceCube, самого мощного нейтринного детектора на Земле. С помощью специального программного обеспечения они сопоставили их с самым точным на сегодняшний день каталогом блазаров BZCat.

Перед ними стояла цель проверить, является ли распределение источников нейтрино случайным. Оказалось, что предполагаемые источники полностью совпадают с выявленными блазарами. Причем интенсивность излучения этих частиц свидетельствует о том, что они рождаются именно в процессе ускорения материи.

Однако механизм, с помощью которого среда сверхмассивной черной дыры генерирует нейтрино, еще полностью не изучен, поэтому ученым еще есть над чем работать.