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

Навигатор Навигатор

Для странствий духа тоже нужна карта, считали сибирские шаманы

Вокруг света
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
Чем грозит слабеющий гольфстрим? Чем грозит слабеющий гольфстрим?

Новые данные, уточняющие поведение Гольфстрима

Наука и жизнь
Надо просто не дать воде уйти Надо просто не дать воде уйти

Водоснабжение Крыма можно организовать под землей

Наука
Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
«Будь проклят мой пол»: как Мари Бонапарт стала родоначальницей психоанализа во Франции «Будь проклят мой пол»: как Мари Бонапарт стала родоначальницей психоанализа во Франции

Мари Бонапарт стала ученицей Зигмунда Фрейда и привезла психоанализ во Францию

Forbes
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Развод и девичья фамилия? Развод и девичья фамилия?

Разбираемся, надо ли прекратить отношения или над ними стоит поработать

Лиза
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Традиционные роли: как женщины основали театр кабуки, а теперь отвоевывают право играть в нем Традиционные роли: как женщины основали театр кабуки, а теперь отвоевывают право играть в нем

Первая труппа японского театра кабуки состояла из женщин

Forbes
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Кто развивает BuildTech в России: кейсы Московского акселератора Кто развивает BuildTech в России: кейсы Московского акселератора

Строительство — одна из самых консервативных отраслей

Inc.
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Обзор TWS-наушников JAYS f-five и t-Seven: новинки из Швеции Обзор TWS-наушников JAYS f-five и t-Seven: новинки из Швеции

Обзор бюджетных наушников JAYS f-five и t-Seven с системой шумоподавления

CHIP
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
Памперсы, мочегонные, пилинги и шлифовка: как звезды готовятся к «Оскару» Памперсы, мочегонные, пилинги и шлифовка: как звезды готовятся к «Оскару»

Кинопремия «Оскар» — самое важное событие для всех обитателей Голливуда

Cosmopolitan
Триумф 57 мм Триумф 57 мм

Новое слово в разработке российских бронемашин

Популярная механика
Как выглядели первые мужья Заворотнюк, Климовой, Мороз и других красавиц-актрис Как выглядели первые мужья Заворотнюк, Климовой, Мороз и других красавиц-актрис

Артистки разочаровались в избранниках, с которыми попытались создать семью

Cosmopolitan
Лучше, чем жизнь Лучше, чем жизнь

Традиционно самыми ресурсоемкими считались спецэффекты для кино

Популярная механика
Меню ребенка в 6 месяцев Меню ребенка в 6 месяцев

В возрасте 6 месяцев ребенку станет мало одного грудного молока

9 месяцев
Признаки жизни Признаки жизни

Получим ли мы когда-нибудь доказательства существования внеземных организмов?

Вокруг света
5 признаков того, что для другого вы лишь запасной вариант 5 признаков того, что для другого вы лишь запасной вариант

Что делать, если вы не можете понять, на какой стадии ваши отношения

Psychologies
11 знаменитых фильмов, в успех которых никто не верил 11 знаменитых фильмов, в успех которых никто не верил

Фильмы, успех которых никто не мог предугадать

Maxim
Обвисла? Не беда! 8 звезд с неидеальной грудью, которые выставляют ее напоказ Обвисла? Не беда! 8 звезд с неидеальной грудью, которые выставляют ее напоказ

Их бюст весьма далек от совершенства - и они об этом знают

Cosmopolitan
10 невероятных красавиц с уникальными особенностями внешности 10 невероятных красавиц с уникальными особенностями внешности

Эти девушки выглядят как инопланетянки, которые попали к нам из другого мира

Maxim
«Бедность наследуется»: правда ли это? «Бедность наследуется»: правда ли это?

Обречены ли вы на наследственную бедность и можно ли сломать этот сценарий?

Psychologies
Королева нарушила важную традицию: как Елизавета II полюбила Меган Маркл Королева нарушила важную традицию: как Елизавета II полюбила Меган Маркл

Отношения королевы и избранницы принца Гарри сложились с самого начала

Cosmopolitan
Великий шелковый путь расширил меню согдийских царей Великий шелковый путь расширил меню согдийских царей

Традиционные продукты Востока и Запада оказались погребены в царской кладовой

N+1
Секреты похудения звезд сериала «Друзья» Дженнифер Энистон, Кортни Кокс и Кудроу Секреты похудения звезд сериала «Друзья» Дженнифер Энистон, Кортни Кокс и Кудроу

Актрисы, сыгравшие главные роли в «Друзьях», до сих пор остаются иконами красоты

Cosmopolitan
«Не работайте в постели»: советы для тех, кто страдает бессонницей «Не работайте в постели»: советы для тех, кто страдает бессонницей

Что нужно сделать, чтобы проснуться с утра бодрым и выспавшимся?

Psychologies
Открыть в приложении