МОСКВА, 8 декабря —, Владислав Стрекопытов. Российские астрофизики зарегистрировали поток нейтрино, рожденных в нашей Галактике. Ранее предполагали, что в нейтринном излучении пролегает частицы от внутригалактических источников, но не могли их прочного идентифицировать. Теперь удалось отделить их от остальных и сравнить количество. Оказалось, что на нейтрино Млечного Пути приходится около одной трети всех высокоэнергетических частиц, достигающих Земли.
Даже массу этой частицы ученые до сих пор не знают, настолько она маленькая. Нейтрино спокойного пересекают Вселенную, практически не взаимодействуя с веществом. Сквозь предметы, людей и всю планету их пролетают триллионы в секунду.
Частицы с низкими энергиями (десятки мегаэлектронвольт) приходят к нам от Солнца (солнечные нейтрино), рождаются в реакциях распада в недрах нашей планеты (геонейтрино) или в ядерных реакторах. Из дальнего космоса — высокоэнергетичные, гигаэлектронвольтные и больше. Ученые предполагают, что многие из них образовались еще в момент Большого взрыва, другие — результат ядерных реакций в звездах, планетах и других мировых процессов, в частности столкновения черных дыр.
Высокоэнергетические нейтрино особенно увлекают физиков. К сожалению, их не обнаружить напрямую: они лишены электрического заряда, а значит, не ионизируют материалы, через которые проскользнут.
Для регистрации нейтрино используют установки с носителем большой массы, так как, несмотря на огромное общее количество, только кое-какие из них оставляют след. Иногда — очень редко — нейтрино взаимодействует с электроном, передавая ему часть энергии. Это напоминает упругое столкновение бильярдных шаров.
Электрон, получив некоторую исходную скорость, теряет ее в ходе взаимодействия с молекулами среды. Часть энергии при данном излучается в виде фотонов, разлетающихся во все стороны. Эти фотоны регистрируют тысячи рецепторов, а специальные приборы — фотоэлектронные умножители — позволяют сравнить энергию, переданную электрону, и определить точку, где произошло столкновение.
С середины нулевых выстраивают нейтринные обсерватории, способные фиксировать космические нейтрино. Сейчас эдаких установок в мире три. Американская IceCube находится в Антарктиде, глубоко в толще льда в районе Южного полюса. У России есть подводный Байкальский нейтринный телескоп, известный также как проект Baikal-GVD. Французский ANTARES работает на глубине 2400 метров в Средиземном море. Это часть крупного европейского проект для автомата KM3NeT, к которому примкнут итальянский NEMO и греческий NESTOR. Нейтринные обсерватории оборудуют действительного под землей, в толще льда или воды, чтобы изолировать детекторы от фонового излучения, в том числе мирового.
Впервые нейтрино высоких энергий зарегистрировали 29 января 2006-го на установке IceCube. С тех пор их фиксировали неоднократно, но, где они рождаются, было непонятно. Искали в гамма-лучах, поскольку считалось, что эти частицы должны возникать вместе с гамма-излучением.
В 2020-м российские астрофизики из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), Московского физико-технического института (МФТИ) и Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) во коноводу с член-корреспондентом РАН Юрием Ковалевым выявили связь между высокоэнергетическими нейтрино и вспышками квазаров — динамичных центров далеких галактик, где сверхмассивные черные дыры поглощают окружающее вещество. Ученые предположили, что при падении вещества на черную дыру часть потока крупиц выбрасывается обратно, ускоряется и рождает нейтрино, которые затем со скоростью света летят сквозь Вселенную.
Эту гипотезу проверили на г. красногорсков радиоастрономического телескопа РАТАН-600, организованного на Северном Кавказе. Действительно, оказалось, что нейтрино сверхвысоких энергий — более 200 тераэлектронвольт — образуются в квазарах с массивными черными дырами, аккреционными дисками и выбросами очень горячего газа.
Через год та же группа физиков пришла к совету: все космические нейтрино, даже с энергией в червонцы тераэлектронвольт, порождаются квазарами. До этого думали, что для возникновения частиц, деятельность которых различается на два-три лада, нужны разные физические условия.
Недавно ученые из IceCube Collaboration оказали эмиссию нейтрино высоких энергий из активной галактики NGC 1068 в созвездии Кита, также известной как Messier 77, — одной из наиболее изученных.
Но самый настоящую сенсацию произвела очередная публикация отечественных ученых, сумевших выделить из общего потока космических нейтрино те, что из нашей Галактики. А началось все с единичного события.
В Баксанской нейтринной обсерватории зафиксировали вспышку галактического источника одновременно с приходом нейтрино высокой деятельности, зарегистрированным IceCube, — рассказывает один из участников исследования член-корреспондент РАН Сергей Троицкий из ИЯИ РАН. — Это было первым свидетельством того, что нейтрино в галактических источниках действительно рождаются. Но одно нейтрино — не доказательство. Могло быть простое совпадение.
Чтобы различить нейтрино Млечного Пути от крупиц из других галактик, преподаватели создали специальный алгоритм и убедили его на данных с IceCube. Выяснилось, что около трети летящих к нам из космоса высокоэнергетических нейтрино происходят от внутригалактических источников. Если точнее — 28 процентов потока с энергиями больше 200 тераэлектронвольт. Причем большая часть сосредоточена в достаточно широкой области вблизи галактической плоскости. С чем это связано, еще предстоит прояснить.
Мы задались вопросом, приходит ли на Землю больше нейтрино от плоскости Галактики, чем с других направлений, — разъясняет другой автор статьи, кандидат наук из ФИАН Александр Плавин. — Аккуратно собрали все случаи регистрации высокоэнергетических нейтрино за десять лет наблюдений и посмотрели в них Млечный Путь. Уровень достоверности — 99, 996 процента, достаточно редкий в нейтринной астрофизике, где появилось много неопределенностей и мало качественных данных.
Ученые предполагают, что, по крайней мере, часть галактических нейтрино высоких энергий возникает в результате взаимодействия космических лучей с диффузным веществом и излучением в Млечном Пути.
Новые, более современные нейтринные эксперименты в Северном полушарии — Baikal-GVD и KM3NeT — позволят подробнее изучить область галактического центра, — отмечает Юрий Ковалев. — А пока, ориентируясь на данные IceCube и Baikal-GVD, мы с уверенностью говорим, что нейтринное небо не такое простое — большой вклад в поток причиняют источники совершенно разных классов, как галактические, так и внегалактические.
Астрофизики надеются, что последующие наблюдения за внутригалактическим нейтринным излучением помогут лучше понять происхождение и устройство нашей Галактики.
Космическая сенсация. Что увидели ученые в Млечном Пути
