Каждую секунду Земле проходят более 60 миллиардов нейтрино

Наука и жизньНаука

Космические нейтрино высоких энергий рождаются квазарами

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов

Нейтрино — элементарные частицы, не имеющие заряда и обладающие чрезвычайно малой массой. Они рождаются в ядерных реакциях и взаимодействиях элементарных частиц повсюду во Вселенной, и после фотонов это самые распространённые в ней частицы. Их число огромно. Каждую секунду через квадратный сантиметр поверхности на Земле проходят более 60 миллиардов нейтрино. Интересны они тем, что очень слабо взаимодействуют с веществом, не участвуя ни в электромагнитном, ни в сильном взаимодействиях. Они способны пролететь сто световых лет сквозь воду, не задев ни один атом. Солнце, а тем более Земля для них просто прозрачны. Это делает нейтрино источником важнейшей информации о процессах, происходящих во Вселенной и, в частности, внутри звёзд. Ведь только они могут добраться до нас из недр звезды или глубин космоса без изменения. Для сравнения, фотонам необходимо, по разным оценкам, от десятка до сотен тысяч лет для того, чтобы выбраться из ядра Солнца на его поверхность, испытав многократное переизлучение.

В последнее десятилетие международная нейтринная обсерватория IceCube, расположенная в Антарктике, постоянно регистрировала нейтрино сверхвысоких энергий, более двухсот триллионов электронвольт (ТэВ). Несколько таких нейтрино найдено в российском эксперименте Baikal-GVD, ещё до полного запуска Байкальского нейтринного телескопа. Указания на них также были получены нейтринным телескопом ANTARES, находящимся под водой в Средиземном море. Рождение нейтрино с такой энергией в земных условиях крайне маловероятно, так что можно с уверенностью говорить об их космическом происхождении. Специалисты называют их астрофизическими. Более того, исследователи не обнаружили увеличения числа нейтрино с направления, где расположен диск нашей Галактики. Это означает, что источники высокоэнергичных нейтрино лежат за пределами Млечного Пути, однако какова их природа, до настоящего времени ясно не было. Следует сказать, что помимо астрофизических существуют нейтрино, которые рождаются в атмосфере Земли и даже в самом детекторе IceCube во время взаимодействия космических лучей с веществом. Вероятность того, что событие имеет астрофизическое происхождение, а не вызвано атмосферным фоном, растёт с увеличением энергии частицы.

Единственный известный физикам процесс, способный породить нейтрино такой большой энергии, связан с участием релятивистского протона, то есть протона, разогнанного до околосветовой скорости. Но какой «ускоритель» разгоняет эту тяжёлую частицу до гигантских скоростей? Напомним, что она в 1836 раз массивнее электрона. Даже в огромном космосе мало объектов, способных совершить такую работу.

Гипотеза о том, что источниками астрофизических нейтрино могут быть квазары, была выдвинута ещё в конце 1970-х годов. Открытые по мощному радиоизлучению в конце 1950-х годов, эти компактные, похожие на звёзды объекты излучали энергии в тысячи раз больше, чем вся наша Галактика с её сотнями миллиардов звёзд. По современным представлениям, квазары — это активные ядра галактик, где находятся сверхмассивные чёрные дыры массой в миллиарды масс Солнца. Их грандиозная гравитация заставляет окружающее вещество падать на них с огромной скоростью. Формируется вращающийся аккреционный диск, вещество в котором из-за огромного трения разогревается до чрезвычайно высоких температур. В нём возникает сильное магнитное поле, которое, взаимодействуя с диском, порождает релятивистскую струю заряженных частиц (джет). Хотя детали рождения джетов неизвестны до сих пор, интуитивно было понятно, что процессы, происходящие вблизи сверхмассивных чёрных дыр, потенциально способны разогнать протоны до нужных скоростей и породить нейтрино. На роль источников нейтрино особенно хорошо подходили блазары — квазары, имеющие джет, направленный в нашу сторону. В этом случае излучение джета усиливается релятивистскими эффектами, что делает блазары чрезвычайно яркими.

Зарубежные исследователи для проверки этой гипотезы использовали тот факт, что в процессе рождения нейтрино обязательно также возникают гамма-фотоны. Поэтому на протяжении многих лет они пытались обнаружить источник гамма-излучения с направлений, откуда приходят нейтрино, используя космический гамма-телескоп «Ферми» (НАСА). Однако их ждало разочарование: за 10 лет удалось найти всего один квазар, у которого совпал момент прихода нейтрино и вспышки гамма-излучения. Этого слишком мало, чтобы делать какие-либо определённые выводы.

Неожиданную идею — проследить не гамма-, а радиоизлучение квазаров, которые находятся в направлениях, откуда приходят нейтрино, — несколько лет тому назад выдвинул член-корреспондент РАН Юрий Юрьевич Ковалёв, заведующий лабораторией внегалактической радиоастрономии Астрокосмического центра ФИАН им. П. Н. Лебедева, а также лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной в МФТИ. Идея возникла не на пустом месте: именно Ю. Ю. Ковалёв на протяжении полутора десятков лет занимался выборкой радиоквазаров по программе российской космической обсерватории «Радиоастрон» (2011—2019).

Участники эксперимента Baikal-GVD готовят к погружению под лёд детектор черенковского излучения, помещённый внутрь прозрачного шара, выдерживающего давление полутора километров воды. Этот детектор будет регистрировать и передавать по кабелю на берег информацию о слабой вспышке, сопровождающей взаимодействие нейтрино с веществом.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Почему мы не испытываем оргазм и как это исправить Почему мы не испытываем оргазм и как это исправить

Как выяснить, не страдаем ли мы аноргазмией

Psychologies
Дайсон против Дайсона Дайсон против Дайсона

Как работает сфера Дайсона

Наука и жизнь
«Мне было 15 лет»: Елена Проклова о домогательствах известного актера «Мне было 15 лет»: Елена Проклова о домогательствах известного актера

Многие люди, включая звезд, предпочитают не обсуждать «неудобные темы» насилия

Psychologies
Сверхкритическое состояние или умный текстиль? Сверхкритическое состояние или умный текстиль?

В Институте химии растворов им. Г. А. Крестова разрабатывают уникальный текстиль

Наука и жизнь
Томми Кэш: Томми Кэш:

Интервью с Томми Кэшем в Zoom по случаю его очередного релиза

Esquire
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Спасти всех от всего: краткий курс помощи при вывихе, обмороке, ожоге и прочих неприятностях Спасти всех от всего: краткий курс помощи при вывихе, обмороке, ожоге и прочих неприятностях

После нашего курса, ты сможешь оживить любую, даже самую скучную, вечеринку

Maxim
Чем грозит слабеющий гольфстрим? Чем грозит слабеющий гольфстрим?

Новые данные, уточняющие поведение Гольфстрима

Наука и жизнь
Палеонтологи впервые обнаружили следы молодого стегозавра Палеонтологи впервые обнаружили следы молодого стегозавра

В Китае обнаружили окаменевшие следы молодого стегозавра, жившего в раннем мелу

N+1
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
10 способов быстро привести нервы в порядок 10 способов быстро привести нервы в порядок

Cобрали 10 способов успокоить нервы быстро и эффективно

Cosmopolitan
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Больше жертв — больше героизма? Больше жертв — больше героизма?

После Второй мировой СССР официально был признан одной из пяти великих держав

Дилетант
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Олег Меньшиков: «Театр может быть концептуальным, политическим, документальным, но в первую очередь он всегда был и будет актерским» Олег Меньшиков: «Театр может быть концептуальным, политическим, документальным, но в первую очередь он всегда был и будет актерским»

Олег Меньшиков — о новой этике и современных зрителях

Grazia
«Люди людей еши» «Люди людей еши»

Неурожайные года и голод на Руси

Дилетант
Ты не так поняла Ты не так поняла

Мозг может сыграть с тобой злую шутку

Cosmopolitan
Новые Медичи Новые Медичи

Глава Tod’s Диего Делла Валле выделил €25 млн на реставрацию римского Колизея

Forbes
Угнетенные цифрой: как технологические изменения ведут к нарастанию социальной напряженности Угнетенные цифрой: как технологические изменения ведут к нарастанию социальной напряженности

Развитие технологий очень тесно связано с динамикой неравенства во всем мире

Forbes
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Квантовая коррекция ошибок научилась переваривать вдвое больший шум Квантовая коррекция ошибок научилась переваривать вдвое больший шум

Физики разработали код коррекции ошибок в квантовых вычислениях

N+1
3 заповеди Виталия Гиберта: Как привлечь любовь в свою жизнь 3 заповеди Виталия Гиберта: Как привлечь любовь в свою жизнь

Виталий Гибер рассказал нам, как привлечь любовь в свою жизнь

Cosmopolitan
Я решила рожать! Звездные россиянки, сохранившие беременность после предательств Я решила рожать! Звездные россиянки, сохранившие беременность после предательств

Известные россиянки не испугались взять ответственность за двоих

Cosmopolitan
«Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса» «Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса»

Как немецкая домохозяйка помогла ученым исследовать поверхностное натяжение

N+1
Что случилось с Zaycev.Net: история популярного музыкального сайта 2000-х, который теперь спасается от блокировок Что случилось с Zaycev.Net: история популярного музыкального сайта 2000-х, который теперь спасается от блокировок

Zaycev.Net. Как попытки работать легально закончились закрытием главной фишки

VC.RU
Всё равно его не брошу: сериалы, которые мы просто не можем перестать смотреть! Всё равно его не брошу: сериалы, которые мы просто не можем перестать смотреть!

Сериалы, которые невозможно бросить смотреть

Cosmopolitan
Холокост с хеппи-эндом Холокост с хеппи-эндом

«Уроки фарси» — несмешная комедии о концлагере

Weekend
Очень стыдно! Конфузы Лоуренс и других звезд во время экранных поцелуев Очень стыдно! Конфузы Лоуренс и других звезд во время экранных поцелуев

Актеры не всегда вспоминают об экранных поцелуях трепетом и удовольствием

Cosmopolitan
Вращательная сейсмология: от вычислений и рассуждений к измерениям и пониманию Вращательная сейсмология: от вычислений и рассуждений к измерениям и пониманию

Углублённое исследование вращательных движений сейсмической природы

Наука и жизнь
Открыть в приложении