«Призрачные» нейтрино помогают нам увидеть Млечный Путь как никогда раньше

В 1923 году французский писатель Марсель Пруст опубликовал пятую книгу своей семитомной эпопеи «Воспоминания о прошлом». В нем он написал отрывок, который со временем был перефразирован как «настоящее путешествие открытий состоит… не в поиске новых ландшафтов, а в обретении новых глаз». Это сообщение давно известно астрономам, и оно было еще раз продемонстрировано в недавнем объявлении о новой уникальной фотографии галактики Млечный Путь. Это изображение открывает совершенно другой способ понимания нашей галактической среды.

С незапамятных времен астрономы наблюдали небо, используя электромагнитный спектр, от невооруженного глаза доисторических времен до первого использования телескопа в 1610 году. За этим последовали радиоволны в 1932 году и гамма-лучи в 1960-х годах. Но электромагнитное излучение (формой частицы которого является фотон) — не единственное, что может пересекать межзвездное пространство. Еще одним посланником является загадочное нейтрино, частица, испускаемая при некоторых типах ядерного распада.

Исследователи использовали детектор IceCube для поиска очень энергичных нейтрино, прилетающих из глубокого космоса. IceCube огромен: он состоит из кубического километра льда, расположенного на Южном полюсе. Нейтрино из космоса проходят через атмосферу и взаимодействуют во льду. Эти взаимодействия выделяют много энергии, которая преобразуется в очень кратковременное мигание света. Используя различные схемы миганий, исследователи смогли определить направление, откуда исходило исходное нейтрино.

Это измерение было очень трудным. Нейтрино испускаются в результате ядерных реакций, а самый большой ядерный реактор поблизости — Солнце. Действительно, все звезды испускают нейтрино, хотя энергия нейтрино, испускаемых звездами, как правило, намного ниже той, которую искал детектор IceCube. Однако скорость регистрации нейтрино низких энергий была значительно выше, чем нейтрино высоких энергий. Для обнаружения высокоэнергетического сигнала потребовалось десять лет данных и передовые методы искусственного интеллекта.

Тяжелая работа окупилась: был получен набор данных, содержащий около 60 000 случаев нейтрино высоких энергий из космоса. Поскольку нейтрино испускаются астрономическими объектами, исследователи ожидали, что наиболее частые источники нейтрино высоких энергий будут находиться в плоскости Млечного Пути, и именно это они и обнаружили.

Процесс создания галактических нейтрино высоких энергий еще до конца не изучен. Считается, что они не возникают непосредственно внутри звезд, сверхновых или других астрономических объектов. Вместо этого астрономы полагают, что источником являются гамма-лучи. Гамма-лучи — это очень высокоэнергетическая форма электромагнитного излучения, гораздо более мощная, чем рентгеновские лучи. Они испускаются очень горячими и массивными звездами, а также чрезвычайно горячим газом, окружающим черную дыру.

Эти гамма-лучи летают в космосе и иногда взаимодействуют с газообразным водородом, плавающим между звездами. Считается, что взаимодействие между гамма-лучами и ядрами водорода приводит к образованию нейтрино высокой энергии, наблюдаемых IceCube.

Исследователи проверили эту гипотезу и обнаружили, что она в целом верна. Наиболее энергичные гамма-лучи и высокоэнергетические нейтрино, похоже, исходят из одних и тех же мест в космосе. Однако доказательства не являются окончательными. Хотя астрономы могут очень точно определить происхождение гамма-лучей, они не достигли такой же точности для нейтрино. Когда в IceCube обнаруживается нейтрино высокой энергии, первоначальное направление движения нейтрино можно определить только с точностью около пяти градусов. Этого достаточно, чтобы установить лишь приблизительную корреляцию между источниками гамма-излучения и нейтринного излучения.

Получайте подборку лучших статей JSTOR Daily на свой почтовый ящик каждый четверг.

Политика конфиденциальности Свяжитесь с намиВы можете отказаться от подписки в любое время, щелкнув ссылку в любом маркетинговом сообщении.

Д

Когда исследователи используют хорошо известную картину гамма-излучения в Млечном Пути, чтобы предсказать ожидаемую скорость производства нейтрино высоких энергий, они обнаруживают, что обнаруживается больше нейтрино, чем ожидалось. Это несоответствие привлекло внимание астрономов, пытающихся понять, откуда берется неожиданный избыток нейтрино высоких энергий.