что такое нейтрино в астрономии

Попали на фото: на Большом адронном коллайдере впервые засекли нейтрино

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

Эксперимент FASER проводится на Большом адронном коллайдере в Швейцарии.
Фото CERN.

Международная исследовательская группа, возглавляемая физиками из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI), впервые в истории обнаружила кандидаты в нейтрино на Большом адронном коллайдере. Мы много писали об этом масштабном проекте и научных прорывах, которые удалось совершить с его помощью.

Нейтрино — это электрически нейтральные, чрезвычайно лёгкие элементарные частицы, которые редко взаимодействуют с частицами материи. Из-за этого их сложно обнаружить, хотя они очень распространены: прямо сейчас через ваше тело проходят миллиарды нейтрино. Из-за этого их часто называют призрачными частицами.

Нейтрино образуются в звёздах, сверхновых, квазарах, в процессе радиоактивного распада и во взаимодействии космических лучей с атомами в атмосфере Земли. Также было доказано, что источником нейтрино могут быть сверхмассивные чёрные дыры.

Ранее мы подробно рассказывали о том, как исследователи занимаются «ловлей» космических нейтрино в глубинах Байкала.

Долгое время считалось, что ускорители элементарных частиц, такие как БАК, тоже должны производить нейтрино, но без правильных инструментов они просто улетают незамеченными.

И вот такой «правильный инструмент» бы наконец установлен и протестирован. Во время пилотного запуска эксперимента под названием FASER в 2018 году учёные смогли обнаружить целых шесть взаимодействий нейтрино.

«До этого проекта на коллайдере никогда не наблюдалось никаких признаков нейтрино, – говорит соавтор исследования Джонатан Фенг (Jonathan Feng) из UCI. – Этот значительный прорыв – шаг к более глубокому пониманию этих неуловимых частиц и той роли, которую они играют во Вселенной».

По словам исследователей, принцип действия инструмента FASER, расположенного на 480 метров ниже места столкновения частиц, во многом похож на плёночную фотографию.

Детектор состоит из пластин из свинца и вольфрама, разделённых слоями жидкой эмульсии. Некоторые нейтрино ударяют по ядрам атомов в плотных металлах, что приводит к созданию других частиц, которые проходят через эмульсию.

Следы, которые они оставляют, можно увидеть, когда слои эмульсии «проявляются», как плёнка. И действительно, в полученных данных было замечено шесть таких «отпечатков».

«Проверив эффективность эмульсионного детектора для наблюдения взаимодействий нейтрино, производимых на БАК, команда FASER теперь готовится к новой серии экспериментов с полноценным, намного более крупным и чувствительным прибором», – добавил Фенг.

Полная версия системы, получившая название FASERnu, будет весить более 1090 килограммов по сравнению с 29-килограммовой пилотной версией. Его повышенная чувствительность позволит ему не только обнаруживать нейтрино чаще, но и различать три разных вида этих частиц, а также засекать антинейтрино.

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

«Учитывая мощность нашего нового детектора и его удобное расположение в ЦЕРНе, мы ожидаем, что сможем зарегистрировать более 10 000 нейтринных взаимодействий во время следующего запуска БАК в начале 2022 года», – сообщил соавтор исследования Дэвид Каспер (David William Casper) из UCI. – Мы обнаружим нейтрино самой высокой энергии, которые когда-либо производились в искусственном источнике».

Работа физиков из США была опубликована в научном журнале Physical Review D.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Источник

Не только детекторы. Экскурс в прикладную физику нейтрино

Фундаментальная наука иногда кажется настолько оторванной от повседневной реальности, что хочется вдохновляться, как минимум, масштабностью ее проблем или зрелищностью экспериментов и установок. Типичным примером такой научной дисциплины, которая ассоциируется с абсолютной фундаментальностью и при этом грандиозностью, является изучение нейтрино.

Немного истории

Нейтрино — это совокупное название группы легчайших элементарных частиц, относящихся к фермионам. Существование нейтрино было предсказано Вольфгангом Паули в 1930 году, а экспериментально подтверждено в 1956 году Клайдом Коуэном и Фредериком Рейнесом. При этом Паули лишь неформально, в виде чистой гипотезы, предположил, что «имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть «нейтронами» и которые обладают спином ½. Масса «нейтрона» по порядку величины должна быть сравнимой с массой электрона и во всяком случае не более 0,01 массы протона». Таким образом он пытался объяснить наблюдаемую природу бета-распада. Он назвал такую неоткрытую частицу «нейтроном». Только через два года, в 1932, Джеймс Чедвик открыл в атоме крупную элементарную частицу, сравнимую по массе с протоном, и назвал ее «нейтрон», а неуловимый фермион Паули впоследствии удостоился названия «нейтрино» (нейтрончик) с легкой руки Энрико Ферми.

С тех самых пор нейтрино окружены ореолом загадочности в силу своих поразительных свойств. Они всерьез и надолго обосновались в научной фантастике – так, Кельвин, главный герой «Соляриса», предполагает, что именно из нейтрино разумный океан формировал своих фантомов, в том числе, фантом Хари, возлюбленной Кельвина. Вкратце напомню основные уникальные и парадоксальные аспекты нейтрино:

Долгое время продолжалась дискуссия о том, обладают ли нейтрино массой. При наличии массы у этих частиц они не вписываются в Стандартную модель физики частиц. Соответственно, это означает, что физика не ограничивается Стандартной Моделью, а за пределами Стандартной Модели существует еще и Новая Физика, изучение которой начнется с нейтрино. Сегодня известно, что нейтрино имеют ненулевую массу, примерно в шесть миллионов раз меньше, чем у электрона.

Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом – именно поэтому Паули и допускал, что они никогда не будут открыты. Поэтому детекторы нейтрино, которые иногда называют «нейтринными обсерваториями» устанавливаются глубоко в толще воды, льда, горных пород. Такая толща служит уловителем практически для всех прочих элементарных частиц, поэтому высока вероятность зафиксировать в детекторе именно нейтрино, как солнечные, так и астрофизические, возникающие, например, при взрывах сверхновых.

Как и у всех частиц, у нейтрино существует своя античастица — антинейтрино. Отличия свойств нейтрино и антинейтрино помогают пролить свет на отличия вещества и антивещества в целом и, возможно, позволят выяснить, почему во Вселенной существует колоссальная асимметрия между количеством вещества и антивещества, куда подевалось почти все антивещество – ведь, теоретически, после Большого Взрыва они должны были образоваться в равных количествах.

С этими и другими темами мне довелось познакомиться подробно и достаточно давно. В 2014-2015 году я работал переводчиком в издательстве «Альпина Нон-Фикшн», и в этот период, в первые несколько месяцев 2015 года, перевел книгу Рэя Джаявардханы «Охотники за нейтрино». На тот момент мне казалось, что эта тема слишком академична и сложна для широкой читательской аудитории, но книга оказалась настолько интересной, а я так надолго увлекся этой темой, «когда она еще не была мейнстримом», что возвращаюсь к ней до сих пор. Разброс рассматриваемых тем, связанных с нейтрино, впрочем, меняется слабо. Пишут о новых детекторах, все более точных измерениях массы и скорости нейтрино, о космологической ценности этих исследований. Не буду здесь углубляться в эти аспекты, поскольку они хорошо и подробно рассмотрены на русском языке (и при этом богато иллюстрированы). Но позволю себе привести список статей с Хабра, которые вышли уже после книги Джаявардханы и кажутся мне наиболее интересными:

BAIKAL-GVD. Охотники за нейтрино (2.02.2020). Пост автора @DNLP о кластере глубоководных детекторов нейтрино, устанавливаемых в озере Байкал. Отличный материал с большим количеством видео и техническими деталями. На самом деле, идея использовать Байкал в качестве естественного водного резервуара гениальна, а географическое расположение детектора позволяет в большом количестве отлавливать нейтрино, прилетающие к нам со стороны Южного полюса. Аналогичный, совсем свежий материал недавно вышел на сайте «Медузы».

«Вещество и антивещество: что это такое, в чем разница и при чем тут нейтрино» (24.09.2019). Автор – @Bars21. Подробный разбор парадокса #3 из вышеприведенного списка.

«Поймай меня, если сможешь: радиоволны, каскад частиц и лед для поимки нейтрино» (11.03.2020) Пост автора @Dmytro_Kikot, дающий представление о подледном лове нейтрино.

Итак, завершая такое пространное вступление, я перейду к сути этой статьи. При всей важности нейтрино в качестве диагностического инструмента в теоретической физике, ядерной физике, космологии и астрономии, для этих неуловимых частиц уверенно просматриваются возможности практического применения. Именно о них пойдет речь в оставшейся, наиболее интересной части статьи.

Нейтрино и телекоммуникация

Идея об использовании нейтрино в качестве носителя информации привлекательна в силу того, что нейтрино беспрепятственно проникают через любой материал. Таким образом, они могли бы служить надежным носителем информации в таких средах, где распространение электромагнитных волн затруднено или невозможно.

В 2010 году было высказано предположение, что нейтрино могут применяться для однонаправленной связи с субмаринами, постоянно находящимися в подводном положении. Пучок нейтрино можно было бы направить в расположенный в условленной точке океана детектор. При попадании нейтрино в такой детектор рождались бы мюоны, испускающие излучение Черенкова, а подводная лодка могла бы считывать переданную информацию при помощи детекторов, проходя мимо при патрулировании зоны. В источнике такая точка именуется «почтовый ящик»; указано, что в силу почти полного отсутствия помех на такой глубине, «ящиков» в заданной зоне могло бы быть несколько, а скорость передачи информации в «мюонное хранилище» (muon storage) могла бы составлять более 100 бит/с.

Предыдущий пример подсказывает, что наибольшую проблему в данном случае составляет вычленение сигнала из шума, то есть, необходимость создания детектора, который различал бы информативную последовательность нейтрино на фоне нейтрино естественного происхождения. Кроме того, в примере с подводными лодками не удается уйти от пропускания пучков нейтрино через толщу воды, которой в данном случае служит сам океан. Но сохранились сведения о работах, предполагающих нейтринную коммуникацию без использования водного резервуара. В 2016 году исследовательская лаборатория Pirelli в Милане опубликовала материал о том, что с начала 2000-х ведутся работы по синтезу кристаллов кремния или кварца, используемых в качестве детекторов нейтрино. Кристалл охлаждается почти до абсолютного нуля, и при попадании пучка нейтрино температура этого кристалла немного возрастает, что можно зафиксировать при помощи приборов. Такие детекторы были бы не только гораздо компактнее водных резервуаров, но и обеспечивали бы когерентное рассеяние полученных нейтрино, и их осцилляции затем можно было бы считывать и расшифровывать. Правда, пока ни о каких практических результатах этих исследований не сообщается

Широкую известность получил эксперимент, поставленный в 2012 году в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Фермилабе) в Чикаго – в ходе упоминаемого эксперимента ученым действительно удалось передать в пучке нейтрино информацию, а именно закодировать слово «neutrino». Информация была передана с мощнейшего современного генератора нейтрино NuMI на расстояние более километра и зафиксирована детектором MINERvA. Вот как процесс проиллюстрирован на рис. 1 к упоминаемой научной статье:

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

Несомненно, перед нами лишь proof-of-concept (доказательство осуществимости), показанное почти 10 лет назад, но развитие нейтринной телекоммуникации ограничено техническими, а не фундаментальными сложностями. Таким образом, подобные технологии вполне могут стать реальностью.

Нейтрино и контроль над использованием ядерных реакторов

Одним из самых распространенных источников нейтрино на Земле являются ядерные реакторы. Предпринимаются попытки устанавливать уловители нейтрино (точнее — антинейтрино) вблизи от ядерного реактора, на расстоянии в пределах 10 метров, для изучения свойств этих частиц. О таком эксперименте подробно рассказано в интервью д.ф.-м.н. Дмитрия Наумова, зам. директора по научной работе Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. При этом Наумов отмечает, что по свойствам улавливаемых антинейтрино можно достоверно определить, не используется ли реактор для производства оружейного плутония-239. Любая компания, занимающаяся эксплуатацией ядерного реактора, обязана предоставлять данные о том, сколько плутония получает в ходе работы, и нейтрино позволяют проверить эти данные. Впрочем, существовали гораздо более фантастичные проекты, связанные с нейтринным шпионажем. В 2010 году группа французских физиков во главе с Тьерри Ласьерром опубликовала статью о том, как, регистрируя потоки нейтрино, можно обнаруживать незадекларированные ядерные реакторы. Более того, авторы предлагали устанавливать нейтринные детекторы на кораблях и следить за развитием ядерных программ Ирана и Северной Кореи, заходя в прибрежные воды этих государств.

Нейтрино и геологические изыскания

Эта прикладная возможность отчасти смыкается с предыдущей — предполагается, что детекторы нейтрино полезны при поиске месторождений урана и тория. Но гораздо более интересные возможности открываются при измерении свойств солнечных нейтрино, которые, как было указано выше, свободно пронизывают Землю насквозь. Изучая изменение осцилляций нейтрино при их прохождении через толщу пород можно было бы проводить «томографию» литосферы, находить в ней полости, анализировать плотность веществ, заполняющих эти полости. Такая технология открыла бы путь к обнаружению глубоких месторождений нефти. В частности, подобные идеи исследованы в статье перуанских ученых, опубликованной в 2015 году. Предполагается, что для такой цели могли бы использоваться не только солнечные нейтрино, но и направленные пучки нейтрино, сгенерированные искусственно. В таком случае геологоразведочные работы можно было бы существенно ускорить, затрачивая на поиск месторождений не годы, а месяцы. Впрочем, на момент публикации статьи еще не существовало столь мощных генераторов нейтрино, которые позволили бы воплотить эту технологию.

Впрочем, спектрометрия литосферы с использованием нейтрино вновь возвращает нас от прикладных задач, решаемых при помощи нейтрино, к фундаментальным. При наличии достаточно точных детекторов нейтрино можно было бы подробно изучить не только состав земной коры и распределение химических элементов в ней, но и продвинуться в исследовании свойств и состава земного ядра. Нейтринное зондирование позволило бы проверить (и окончательно опровергнуть?) даже весьма сомнительную теорию о существовании естественных ядерных реакторов в недрах планеты, но в эту тему я точно углубляться не буду.

Заключение

Надеюсь, у меня получился по-настоящему приземленный рассказ об исследовании нейтрино в XXI веке, и читатели убедились, что эти удивительные частицы важны отнюдь не только в космологии и теоретической физике. Если вам известны какие-то иные попытки практического применения нейтрино и технологии на их основе – давайте поговорим об этом в комментариях.

Источник

Где рождаются нейтрино?

Александр Плавин, Юрий Ковалев-мл., Юрий Ковалев-ст., Сергей Троицкий
«Троицкий вариант — Наука» № 10(304), 19 мая 2020 года

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

Телескоп РАТАН-600 помогает разобраться, где рождаются нейтрино. Иллюстрация Дарьи Сокол, пресс-служба МФТИ

«В ядрах активных галактик», — так ответила на давно беспокоивший астрофизиков вопрос группа российских ученых из Астрокосмического центра ФИАН (АКЦ ФИАН), Московского физико-технического института (МФТИ) и Института ядерных исследований (ИЯИ РАН). Александр Плавин, Юрий Ковалев-мл., Юрий Ковалев-ст. и Сергей Троицкий рассказали «ТрВ-Наука» о сделанном ими открытии.

Нейтрино — трудноуловимые частицы, настолько легкие, что даже их массу до сих пор не удалось измерить. Они легко проходят через нас, через Землю и через любые другие препятствия. Однако чувствительные детекторы могут улавливать нейтрино, которые прилетают к нам из далекого космоса. Уже полвека регистрируются такие частицы, рожденные внутри Солнца. Оказалось, через каждого из нас их пролетает миллиарды в секунду. Намного более редкие, но и более энергичные, нейтрино достигают нас от сверхновых звезд — большая часть энергии от взрыва звезд уносится именно нейтрино.

Самые энергичные нейтрино наблюдаются такими современными нейтринными телескопами, как IceCube на Южном полюсе и детектор на Байкале (Baikal-GVD, основные научные организации — ОИЯИ и ИЯИ). Регулярно обнаруживаются частицы, несущие энергию в несколько петаэлектронвольт (1 ПэВ — единица с пятнадцатью нулями электронвольт). Откуда они приходят, до недавнего времени было неизвестно, и многочисленные поиски источников среди ярких объектов на небе или среди мощных вспышек не давали убедительного результата.

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

Оптический модуль, установленный на нейтринном телескопе Baikal-GVD. Фото ИЯИ РАН

Как работают нейтринные телескопы? Они используют планету Земля для фильтрации приходящих частиц. Нейтрино, испытывающие только слабое и гравитационное взаимодействие, легко проходят через Землю. Обнаружить их удается во льду на Южном полюсе или в воде озера Байкал. В результате такого взаимодействия рождаются мюоны, они пролетают через лед и воду со скоростью выше, чем скорость света в данной среде. В итоге появляется так называемое излучение Вавилова — Черенкова в видимом свете. И вот эти всполохи света регистрируют фотодетекторы, позволяющие получить для анализа энергию и направление прихода нейтрино, а также момент регистрации этих частиц. Понятно, что эти данные измеряются с какой-то ошибкой. И как всегда в астрономии, точность определения положения на небе (или направления прихода — в случае нейтрино) критически важна. Далее мы еще вернемся к этому вопросу.

Итак, мы сфокусировались на нейтрино, имеющих самую большую энергию, и смогли найти, где они рождаются. Почему это важно и интересно? Дело в том, что нейтрино сверхвысоких энергий (вплоть до энергии хоккейной шайбы, летящей со скоростью 100 км/ч), скорее всего, рождаются в результате взаимодействия релятивистских протонов друг с другом или с излучением. А протон ускорить почти до скорости света очень сложно, ведь это массивная частица. То есть нейтрино высоких энергий — ключик к космическим суперколлайдерам!

Оказалось, что многие нейтрино высоких энергий (мы анализировали энергии больше 0,2 ПэВ) рождаются в самых центрах квазаров, вблизи сверхмассивных черных дыр и релятивистских выбросов вещества из них [1]. Значит, там имеются подходящие условия и энергии для образования таких нейтрино: есть протоны, ускоренные почти до скорости света.

Основная трудность в установлении источников нейтрино — слабое угловое разрешение современных детекторов по сравнению с привычными астрономическими телескопами — типичная погрешность измерения направлений на небе и у IceCube, и у Байкальского телескопа больше градуса. В участки такого размера попадает сразу много далеких космических объектов, и достоверно понять, какой из них ответственен за нейтрино, сложно.

Теоретические предсказания того, что активные галактики являются источниками нейтрино, делались уже давно. Предполагалось, что нейтрино рождаются в их ядрах или на фронтах ударных волн в плазменных облаках на расстоянии килопарсеков от центра. Однако экспериментально это никак не удавалось подтвердить.

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

Ледяные торосы на оз. Байкал, образовавшиеся из-за сильного ветра, сломавшего ледяной покров водоема. За все 40 лет байкальских экспедиций исследователи столкнулись с таким явлением впервые. Фото Б. Шайбонова (ОИЯИ)

В центрах активных галактик «сидят» массивные черные дыры и ускоряют падающие на них легкие частицы почти до скорости света. Последние выбрасываются в виде наблюдаемых астрономами джетов. Причем, если джет смотрит прямо на наблюдателя, астрономы называют такую галактику квазаром или блазаром. Но могут ли джеты так же ускорить массивные протоны? Напомним читателям, что протон почти в 2 тыс. раз массивнее электрона.

Дело в том, что вместе с нейтрино должны рождаться и фотоны высоких энергий. Соответственно, ученые вели поиск «под фонарем», сравнивая направления прихода нейтрино и фотонов гамма-излучения от квазаров при помощи замечательного космического телескопа Fermi LAT. И тем не менее при массовых попытках по всему небу отождествить приход нейтрино с приходом гамма-фотонов положительный результат получить не удалось. Был найден только один квазар со звучным названием 0506+056 [2]. У него обнаружили гамма-всплеск одновременно с приходом нейтрино. Этому уникальному событию Национальный научный фонд США посвятил большую пресс-конференцию в 2018 году. Но у многих коллег оставались сомнения. Аргумент прост: если ждать 10 лет, как минимум один раз может и «повезти».

Мы подошли к этому вопросу с другой стороны: объединили данные сразу по всем нейтрино высоких энергий, которые увидел IceCube, и сравнили их с массовыми и регулярными наблюдениями в радиодиапазоне. Кажется безумием — при чем тут радио с мизерными энергиями его фотонов по сравнению с гигантскими энергиями нейтрино или гамма-квантов? Да и мы сначала не особенно рассчитывали на успех. И все-таки: в радиодиапазоне излучают горячие джеты плазмы, разогнанной до скорости света. Вдруг они помогут? И помогли!

Именно такой подход позволил обнаружить следующую закономерность: оказалось, что самые яркие квазары «предпочитают» находиться на небе вблизи областей, откуда пришли некоторые нейтрино. Их яркость измерена с помощью международных сетей радиотелескопов — так называемых радиоинтерферометров. Они отфильтровывают всё протяженное излучение и видят только наиболее компактное излучение джетов вблизи центральной черной дыры. Получается, что быстрые протоны не успевают далеко уйти от черной дыры и частично теряют свою энергию, создавая при этом нейтрино в каскаде рождений и распадов других нестабильных элементарных частиц (пионов и мюонов).

Но не всё так просто. Многие «подозрительно яркие» квазары лежали вблизи от места прихода нейтрино, но недостаточно близко, чтобы объяснить различия в их положениях опубликованными случайными ошибками IceCube. Как так? А дело в том, что лед, в котором взаимодействуют нейтрино в IceCube, неоднороден. И в результате, в дополнение к известным случайным ошибкам, имеются систематические ошибки определения направлений прихода нейтрино. Оценить их крайне сложно. Этой информации в научной литературе очень мало. Мы решили оценить такие ошибки из сравнения направлений прихода нейтрино и направлений на ядра квазаров по их самым точным на сегодня радиокоординатам.

В результате систематическая ошибка была оценена примерно в половину градуса. Мы ждали, что группа IceCube с высоты своего понимания особенностей телескопа выступит с суровой критикой этой оценки. Каково же было наше удивление, когда по результатам научного семинара в группе IceCube мы услышали: «Коллеги, возможно, это наилучший способ оценки наших систематических ошибок».

что такое нейтрино в астрономии. Смотреть фото что такое нейтрино в астрономии. Смотреть картинку что такое нейтрино в астрономии. Картинка про что такое нейтрино в астрономии. Фото что такое нейтрино в астрономии

Фото и иллюстрация нейтринного телескопа IceCube. IceCube Collaboration / NSF

Дальше — больше. Кажется логичным предположить, что протоны «легче» ускорить во время вспышек, наблюдаемых от квазаров. Для проверки этого предположения мы использовали результаты многолетних наблюдений большой выборки квазаров на российском радиотелескопе РАТАН-600 Специальной астрофизической обсерватории РАН на Северном Кавказе. И действительно, оказалось, что нейтрино предпочитают приходить в те моменты, когда в квазарах наблюдается всплеск радиоизлучения. Такое поведение можно объяснить только тем, что нейтрино образуются в центрах квазаров.

Почему именно радиодиапазон оказался ключевым для обнаружения источников нейтрино в далеком космосе? Здесь свою роль сыграли сразу несколько факторов: и предельно высокая точность определения координат компактных ядер активных галактик с помощью радиоинтерферометров — лучшая во всей астрономии, и отличное покрытие всего неба измерениями с помощью международных сетей радиотелескопов, и регулярные массовые многолетние и многочастотные наблюдения на уникальном РАТАН-600. Но всё это не сработало бы без красивого и простого эффекта релятивистской аберрации. В результате этого эффекта квазары выглядят ярче, когда их джеты направлены почти точно на наблюдателя. Таким образом радиоастрономия «автоматически отобрала» те активные галактики на небе, чьи джеты смотрят в нашу сторону. А раз вещество излучающих струй разогнано в направлении на нас, то и нейтрино, рожденное релятивистским протоном, летит в нашу сторону.

Внимательный читатель спросит: а как же сопутствующее гамма-излучение, на поиск которого ориентировались другие исследователи? Радионаблюдения указывают на область рождения нейтрино столь близкую к самому центру галактики, что плотность фотонов там может не позволять этому гамма-излучению ее покинуть: фотоны рассеиваются на фотонах. Скорее всего, происхождение наблюдаемого от блазаров гамма-излучения и их нейтрино связаны друг с другом не напрямую.

На этом работа не прекращается — скорее положено начало применению нейтринной астрономии высоких энергий к изучению космических суперускорителей, квазаров. В ближайшие годы ожидается бурное развитие нейтринных телескопов: в частности, на Байкале достраивается установка нового поколения, которая увеличит чувствительность и точность измерения направлений прихода нейтрино. Новый импульс получают наблюдения квазаров как на РАТАН-600, так и на международных радиоинтерферометрах.

Что нас ждет? Первый результат был получен со значимостью 3σ или вероятностью случайного совпадения 0,2%. И как наши, так и независимые оценки коллег уже подтвердили этот результат с большей значимостью (что позволит нам выиграть бутылку коньяка в недавнем споре). В ходе дальнейшей работы мы надеемся разобраться, получаются ли наблюдаемые нейтрино при взаимодействии релятивистского протона и фотона или двух релятивистских протонов? Являются ли релятивистские джеты у квазаров электронными или протонными? Где рождаются нейтрино: совсем рядом с черной дырой или чуть дальше — в начале джета? И как же все-таки ускоряются протоны до таких огромных энергий?

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *