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

Мухи вредные и полезные Мухи вредные и полезные

Насекомые — это как бы параллельный мир, окружающий нас повсюду

Наука и жизнь
«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
Микроулитки на страже экологии Микроулитки на страже экологии

Биологическое разнообразие Арктики изучено крайне неравномерно

Наука и жизнь
Фальшивая весна Фальшивая весна

Почему апрель на календаре не радует, щебет птиц раздражает и не хочется ничего

Добрые советы
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Советы актрисы: 5 эффективных сценических техник для соблазнения мужчины Советы актрисы: 5 эффективных сценических техник для соблазнения мужчины

Мастерство соблазнения и актерские приемы роковых женщин

Cosmopolitan
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Что значит успех Что значит успех

Рубен Варданян — какие вызовы стоят перед современным человечеством?

Forbes
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Танцующая в темноте. О Наталье Синдеевой и фильме F@ck this job Танцующая в темноте. О Наталье Синдеевой и фильме F@ck this job

Фильм Веры Кричевской F@ck this Job, посвященный истории телеканала «Дождь»

СНОБ
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
3 признака токсичного слушателя 3 признака токсичного слушателя

Многие из нас совершенно не умеют слушать других. Признаки токсичного слушателя

Psychologies
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
Режиссер Семен Серзин — об «Общаге-на-Крови». Общага как пример антиутопии по-русски Режиссер Семен Серзин — об «Общаге-на-Крови». Общага как пример антиутопии по-русски

Какое место общага занимает в российской культуре

СНОБ
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Семейный уют вместо тусовок и карьеры: 5 звезд, которых изменило материнство Семейный уют вместо тусовок и карьеры: 5 звезд, которых изменило материнство

Рождение ребенка меняет жизнь, и это доказывают наши героини — знаменитые мамы

Cosmopolitan
Прав ли Галилей? Прав ли Галилей?

Можно ли вращаться по инерции?

Наука и жизнь
0% жирности 0% жирности

Современные методы избавиться от лишнего жира на лице и теле

Добрые советы
Время Лебедя. Летнее небо Время Лебедя. Летнее небо

С наступлением лета широко распахнуло в вышине свои крылья созвездие Лебедя

Наука и жизнь
10 специфических чувств у животных 10 специфических чувств у животных

Животные могут похвастаться невообразимыми возможностями окружающего мира

Популярная механика
Мат: посмотрим в корень Мат: посмотрим в корень

Доктор филологических наук Максим Кронгауз рассуждает о судьбе русского мата

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

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

Дилетант
Семейная пара без опыта в фудтехе строит сеть кулинарных коворкингов. Нужны ли они домашним кондитерам и рестораторам? Семейная пара без опыта в фудтехе строит сеть кулинарных коворкингов. Нужны ли они домашним кондитерам и рестораторам?

Как Артур и Елизавета Цыкуновы придумали запустить сеть кулинарных коворкингов

Inc.
Знакомьтесь, коллекционер Знакомьтесь, коллекционер

Виталий Аксенов-Шабловский создает новое медиа

Собака.ru
Зоологи пересмотрели родственные связи вымершего рогатого крокодила Зоологи пересмотрели родственные связи вымершего рогатого крокодила

Открытие предполагает африканское происхождение настоящих крокодилов

N+1
Вера Брежнева ― о дочерях, мягкой силе и собственном бренде косметики Вера Брежнева ― о дочерях, мягкой силе и собственном бренде косметики

Певица и и предпринимательница Вера Брежнева

РБК
Игровое кино: какие технологии помогли Бекмамбетову снять блокбастер Игровое кино: какие технологии помогли Бекмамбетову снять блокбастер

Тимур Бекбамбетов — о технологиях, использованных на съемках фильма «Девятаев»

Популярная механика
Лебединое озеро Лебединое озеро

Самым теплым морем в этом году оказалось озеро Байкал — и самым светским

Tatler
Юные красотки! Как выглядят дочери Ветлицкой, Салтыковой и других поп-звезд 90-х Юные красотки! Как выглядят дочери Ветлицкой, Салтыковой и других поп-звезд 90-х

Российские певицы конца прошлого века стали мамами прекрасных дочерей

Cosmopolitan
Как перевести семью на правильное питание: 10 советов, которые работают Как перевести семью на правильное питание: 10 советов, которые работают

Что делать с домочадцами, которые не желают брать курс на здоровое питание

Cosmopolitan
Открыть в приложении