Нейтрино чрезвычайно высоких энергий регулярно обрушиваются на Землю

Нейтрино чрезвычайно высокой энергии регулярно падают на Землю. Физики подозревают, что эти частицы образуются в космических процессах с участием черных дыр, но какой именно процесс доминирует в этом производстве, остается неясным. 

Теперь астрономы сообщают об обнаружении высокоэнергетического нейтрино, связанного непосредственно с событием приливного разрушения (TDE) - сильным разрушением звезды под действием интенсивной гравитации близлежащей черной дыры [1]. Это наблюдение - вторая сильная связь высокоэнергетического нейтрино с таким событием разрушения звезды, что позволяет исследователям сделать грубую первоначальную оценку того, сколько нейтрино производится через этот механизм.

Высокоэнергетические нейтрино - примерно те, которые находятся в диапазоне энергии ТэВ и выше - дают физикам информацию о некоторых из самых бурных астрофизических событий во Вселенной, многие из которых происходят далеко за пределами нашей Галактики. Поскольку нейтрино так слабо взаимодействуют с веществом, они перемещаются без изменений на огромные расстояния от мест своего первоначального образования. Теоретические модели, подкрепленные наблюдениями, связали их с широким спектром потенциальных источников, включая активные галактические ядра, которые представляют собой сверхмассивные черные дыры, производящие пучки энергичных частиц, поглощающих окружающий газ. TDE предлагают еще одну возможность, поскольку при разрыве черной дырой близлежащей орбитальной звезды должно генерироваться большое количество нейтрино (см. Новости исследований: "Революция" для альтернативного зонда черных дыр). В большинстве сценариев генерации участвуют крупные черные дыры.

Однако в настоящее время исследователи по-прежнему не могут оценить относительную важность этих различных процессов. Например, активные галактические ядра встречаются гораздо чаще, чем TDE, но последние могут излучать очень большой процент своей энергии в виде нейтрино. В результате "мы не знаем, откуда приходит большинство высокоэнергетических космических нейтрино", - говорит физик Марек Ковальски из Университета Гумбольдта в Германии. Знание происхождения нейтрино помогло бы исследователям понять экстремальные астрофизические события, которые порождают одни из самых энергичных космических лучей во Вселенной".

В прошлом году Ковальски и его коллеги сообщили о первом случайном обнаружении нейтрино и TDE [2]. Нейтрино было замечено нейтринной обсерваторией IceCube - массивом детекторов, зарытых глубоко во льду в районе Южного полюса. Исследователи обнаружили, что местоположение нейтрино в небе соответствует долгоживущему всплеску излучения, который демонстрирует сигнатуры TDE в архивных астрономических данных.

Ковальски и его коллеги добавили к этому предыдущему выводу, а теперь сообщают об обнаружении второго TDE, тесно связанного с другим нейтрино, которое было обнаружено 30 мая 2020 года с помощью IceCube. Исследователи обнаружили эту связь, используя компьютеры для сортировки базы данных астрономических наблюдений, собранных калифорнийской установкой Zwicky Transient Facility, которая использует широкоугольную оптическую камеру для сканирования всего северного неба каждые два дня. В ходе поиска команда обнаружила событие под названием AT2019fdr от ноября 2019 года, которое было тесно связано с наиболее вероятным направлением высокоэнергетического нейтрино. Используя данные других телескопов, они также определили специфические радиационные сигнатуры, ожидаемые для TDE.

По мнению исследователей, эта связь является убедительным доказательством того, что нейтрино было создано во время многолетней радиационной вспышки, вызванной взаимодействием звезды с черной дырой. Основываясь на предварительном статистическом анализе, они считают, что существует лишь 0,034% вероятность того, что направление нейтрино случайно совпало с направлением TDE. Но они говорят, что дальнейшая работа по локализации направления нейтрино может изменить эту оценку.

"Это, безусловно, важный результат", - говорит астрофизик Николас Стоун из Физического института Ракаха в Израиле. Он говорит, что первая наблюдаемая связь дала основания полагать, что TDE являются источниками высокоэнергетических нейтрино, но было трудно быть уверенным только на основании одного события. "Вторая нейтринно-ТДЭ-ассоциация дает нам теперь гораздо больше оснований".

По словам члена команды Симеона Реуша, аспиранта Ковальски, это второе обнаружение не только укрепляет уверенность в более раннем обнаружении. Оно также позволяет сделать грубую оценку вклада TDE в производство высокоэнергетических нейтрино. Сравнивая эти два наблюдения с полным каталогом космических нейтрино, обнаруженных обсерваторией IceCube, исследователи пришли к выводу, что по крайней мере 7,8% высокоэнергетических нейтрино должны исходить от TDE. "Поскольку события, связанные с приливными нарушениями, происходят так редко, наши результаты показывают, что они, вероятно, являются чрезвычайно эффективными нейтринными фабриками", - говорит Ковальски.