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

Цветы, сокрытые в тени Цветы, сокрытые в тени

Растение, похожее на ниндзя — кислица

Наука и жизнь
«Любимая, роскошное авто - для тебя!» Джиган, Моргенштерн и другие щедрые звезды «Любимая, роскошное авто - для тебя!» Джиган, Моргенштерн и другие щедрые звезды

Топ-5 мужчин, которые обрадовали автомобилями своих возлюбленных

Cosmopolitan
Гнев небес Гнев небес

Взрыв сверхновой поблизости от Земли способен уничтожить почти все живое

Вокруг света
«Возьми и сделай»: что не так с выходом из зоны комфорта? «Возьми и сделай»: что не так с выходом из зоны комфорта?

Зона комфорта: кто в ней находится и кому стоит ее покинуть?

Psychologies
Настя Ивлеева Настя Ивлеева

Настя Ивлеева: «Цифровая реальность – это в высшей степени сексуально!»

Playboy
8 черт «тихих победителей» 8 черт «тихих победителей»

«Тихие победители» не кричат о своих достижениях на каждом углу

Psychologies
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
Инфаркт, отит, усталость: что будет со здоровьем, если не ходить к зубному Инфаркт, отит, усталость: что будет со здоровьем, если не ходить к зубному

Несовершенная гигиена и невнимание к состоянию зубов грозят не только кариесом

Cosmopolitan
20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim

Самый бескомпромиссный кинокритик Зинаида Пронченко о российском кино

Esquire
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Что не так с новым фильмом «Мортал Комбат» Что не так с новым фильмом «Мортал Комбат»

Таким адаптациям видеоигр хочется сказать только одно — Finish Him

GQ
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Опять метель: каким получился «Доктор Гарин» Владимира Сорокина Опять метель: каким получился «Доктор Гарин» Владимира Сорокина

Игорь Кириенков — о «нормальной» книге «нормального» писателя

РБК
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
45 сантиметров за 50 лет 45 сантиметров за 50 лет

Как глубоко в недра Марса дошел прогресс

N+1
Верхом на вихре Верхом на вихре

Возможное будущее гражданской авиации

Популярная механика
«Я работал, я писал стихи»: почему суд над Бродским нельзя забывать «Я работал, я писал стихи»: почему суд над Бродским нельзя забывать

Актеры озвучили записи двух судебных заседаний по делу поэта Иосифа Бродского

Forbes
Великий комбинатор Великий комбинатор

Знаменитый аферист времен великой депрессии Виктор Люстиг

Вокруг света
Современная красота: 10 шагов к тому, чтобы стать такой же, как все Современная красота: 10 шагов к тому, чтобы стать такой же, как все

Хочешь стать такой же, как все?

Cosmopolitan
Опасные связи Опасные связи

Реальные последствия виртуальных ошибок

Men’s Health
Кавалерист-девицы и фронтовые амазонки: как женщины в XIX веке шли на войну в мужском обличье Кавалерист-девицы и фронтовые амазонки: как женщины в XIX веке шли на войну в мужском обличье

Ольга Хорошилова исследует трехвековую историю травести-культуры в России

Forbes
Жаришь или отжигаешь? Как знаки зодиака отдыхают на майских шашлыках Жаришь или отжигаешь? Как знаки зодиака отдыхают на майских шашлыках

Наш Магический шар рассказывает, как именно ты обычно отдыхаешь в праздники

Cosmopolitan
Компания Риз Уизерспун вошла в список Time. Как актриса этого достигла Компания Риз Уизерспун вошла в список Time. Как актриса этого достигла

Продюсерская компания Риз Уизерспун стала одной из самых влиятельных в мире

РБК
Русская женщина. Манижа Русская женщина. Манижа

Манижа — о том, как на самом деле возникла песня, которая «пошатнула скрепы»

Собака.ru
Байден встретится с Путиным. Кто выиграет от этой встречи? Байден встретится с Путиным. Кто выиграет от этой встречи?

В Кремле всячески демонстрируют, что не боятся Вашингтона

СНОБ
«Бабочка» не жмет? «Бабочка» не жмет?

Эксперт объясняет, как понять, что со щитовидной железой что-то не в порядке

Лиза
«Опенспейсы мертвы»: популяризаторы открытых пространств разочаровались в них и предложили альтернативу «Опенспейсы мертвы»: популяризаторы открытых пространств разочаровались в них и предложили альтернативу

Планировки офисов, которые ставят крест на опенспейсах

VC.RU
Он сказал «Поехали!»: самые захватывающие фильмы о космосе Он сказал «Поехали!»: самые захватывающие фильмы о космосе

Фильмы о космосе. Мы выбрали несколько, чтобы посмотреть в День космонавтики

Cosmopolitan
«Для народа свобода не стала ценностью» «Для народа свобода не стала ценностью»

Валентин Юмашев рассказывает о своей работе с Борисом Ельциным

Forbes
Открыть в приложении