Российские ученые нашли источник космических нейтрино высоких энергий

Российские астрофизики отследили направления прихода из космоса нейтрино с высокими энергиями и пришли к неожиданному выводу: все они рождаются вблизи квазаров — мощных источников радиоизлучения в центрах далеких активных галактик. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Считается, что в центрах активных галактик — объектов со светимостью в сотни миллионов солнц — располагаются сверхмассивные черные дыры, которые поглощают окружающее вещество. Эти активные галактики, или квазары, хорошо видны с Земли как оптическими, так и радиотелескопами.

Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ), Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) установили, что квазары служат источниками всех космических нейтрино с энергиями свыше триллиона электронвольт (ТэВ).

Нейтрино — мельчайшие элементарные частицы, у которых масса едва отлична от нуля, зато они могут пересекать Вселенную, практически не взаимодействуя с веществом и не встречая никаких препятствий на своем пути. Триллионы нейтрино в секунду проходят сквозь каждого человека на Земле, оставаясь совершенно незамеченными.

Для фиксации потока нейтрино авторы исследования использовали построенный в Антарктиде подледный детектор нейтрино IceCube объемом один кубический километр льда. Проанализировав данные, собранные за семь лет, ученые первоначально выбрали для анализа диапазон выше 200 ТэВ и выяснили, что все эти нейтрино родились в квазарах, точнее, в их центрах, где расположены массивные черные дыры, питающие аккреционные диски далеких галактик, а также создающие сверхбыстрые выбросы очень горячего газа.

Более того, они обнаружили связь между мощными вспышками радиоизлучения в этих квазарах и регистрацией нейтрино на черенковском детекторе IceCube. Поскольку нейтрино распространяются по Вселенной со скоростью света, они приходят к нам одновременно со вспышками. Теперь в своей новой статье исследователи утверждают, что все высокоэнергетические нейтрино, даже имеющие энергию десятки ТэВ, порождаются квазарами.

"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", — приводятся в пресс-релизе МФТИ слова первого автора статьи Александра Плавина, научного сотрудника МФТИ и ФИАН.

"Результат удивителен, поскольку для рождения нейтрино с энергиями, различающимися в сто — тысячу раз, нужны разные физические условия. Обсуждавшиеся ранее механизмы рождения нейтрино в активных галактических ядрах работали только при высоких энергиях. Мы предложили новый механизм рождения нейтрино в квазарах, который объясняет полученные результаты. Пока это приближенная модель, над ней надо работать, проводить компьютерное моделирование", — рассказывает соавтор открытия, главный научный сотрудник ИЯИ РАН, член-корреспондент Российской академии наук Сергей Троицкий.

В ближайшее время в России и зарубежных странах стартуют проекты, направленные на систематическое изучение космических источников нейтрино. В частности, в 2021 году российские ученые планируют получить первые данные с Байкальского подводного нейтринного телескопа Baikal GVD. Авторы исследования надеются, что новые наблюдения подтвердят их гипотезу о том, что источником почти всех нейтрино, которые попадают на Землю из космоса, служат сверхмассивные черные дыры.