Сверхмассивные черные дыры назвали источником всех космических нейтрино

Российские астрофизики утверждают, что сверхмассивные черные дыры в центрах далеких галактик служат источником почти всех нейтрино, которые попадают на Землю из космоса. Ранее ученые считали, что оттуда прилетают только самые высокоэнергетические из этих частиц. Статью с описанием исследования опубликовал Astrophysical Journal, кратко об этом пишет пресс-служба МФТИ.

"Массовое рождение нейтрино в квазарах – теперь факт, с которым приходится считаться другим исследователям-астрофизикам. Это крайне важно для детального понимания процессов внутри активных галактик, которые приводят к выделению огромного количества энергии", – рассказал один из авторов работы, астрофизик из МФТИ Александр Плавин.

Нейтрино сверхвысоких энергий – это мельчайшие и самые легкие частицы материи, которые движутся с околосветовыми скоростями. Пока ученые не до конца представляют, как они возникают. Некоторые астрономы предполагают, что подобные нейтрино разгоняются в горячих останках взорвавшихся звезд внутри Млечного Пути, а другие – что их источником служат ядра и облака газа в далеких галактиках.

Последняя теория начала набирать популярность в связи с несколькими открытиями. В частности, физики из обсерватории Пьера Оже нашли намеки на внегалактическое происхождение всех подобных частиц. А исследователи из нейтринной обсерватории IceCube, которая располагается на южном полюсе Земли, локализовали один из возможных источников подобных частиц – черную дыру TXS 0506+056, которая находится в созвездии Ориона. Свет от нее шел до Земли 4,33 млрд лет.

Год назад Плавин и его коллеги, наблюдая за яркими квазарами – активными ядрами галактик – нашли прямые подтверждения того, что источником этих частиц действительно служат сверхмассивные черные дыры. В своей работе они показали, что вспышки активности этих объектов совпадали с появлением пучков нейтрино сверхвысоких энергий, которые фиксировала IceCube.

Открыв эту взаимосвязь, астрофизики задумались, соблюдается ли она для частиц с энергией в несколько сотен или даже тысяч раз меньше, чем у ранее изученных нейтрино. Чтобы понять это, Плавин и его коллеги взялись за изучение данных о радиовспышках квазаров и недавно опубликованных результатов наблюдений IceCube, которые проводились с 2008 года по 2015 год.

Ученые сопоставили, с какой стороны на Землю приходили нейтрино и проявляли ли в это время активность сверхмассивные черные дыры в галактиках, которые находятся рядом с предположительным источником частиц.

Оказалось, что практически все внегалактические нейтрино были связаны с проявлениями активности блазаров – одного из подтипов сверхмассивных черных дыр, которые окружены гигантским облаком из раскаленного газа. Они постепенно поглощают это вещество, а его часть выбрасывают в виде джетов – узких пучков плазмы. В случае с блазарами один из этих выбросов направлен в сторону Земли, поэтому кажется нам особенно ярким и компактным.

Дальнейший анализ данных с IceCube и радиотелескопов сузил количество возможных "фабрик" этих частиц в окрестностях блазаров. В частности, астрофизики предполагают, что их источником служит основание джета. Нейтрино возникают там благодаря процессам, которые связаны с формированием пионов – элементарных частиц, которые состоят из пар кварков и антикварков.

В ближайшее время в России и зарубежных странах должны запустить проекты, направленные на систематическое изучение "точечных" источников нейтрино. Плавин и его коллеги надеются, что эти наблюдения помогут доказать, что блазары действительно служат источником почти всех космических нейтрино.