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
Исследование: 42% женщин против феминизма, а 39% не поддерживают #MeToo Исследование: 42% женщин против феминизма, а 39% не поддерживают #MeToo

Что думают российские женщины о харассменте, чайлдфри и комплиментах

Forbes
Навигатор Навигатор

Для странствий духа тоже нужна карта, считали сибирские шаманы

Вокруг света
Голодает за Навального и делает из людей веганов. О главном документалисте времени — Викторе Косаковском Голодает за Навального и делает из людей веганов. О главном документалисте времени — Викторе Косаковском

Как в фильмах Виктора Косаковского связаны метод и этика

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
Основательница I AM Studio — об уходе из бренда и дальнейших планах Основательница I AM Studio — об уходе из бренда и дальнейших планах

Почему Дарья Самкович I AM Studio покидает бренд

РБК
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Археологи отлили наконечники стрел по скифским технологиям Археологи отлили наконечники стрел по скифским технологиям

Самое массовое скифское изделие изготавливалось литьем в глиняных формах

N+1
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Театр в онлайне: как устроены трансляции спектаклей «Золотой Маски» Театр в онлайне: как устроены трансляции спектаклей «Золотой Маски»

Как устроена трансляция спектаклей «Золотой Маски»

СНОБ
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
Холокост с хеппи-эндом Холокост с хеппи-эндом

«Уроки фарси» — несмешная комедии о концлагере

Weekend
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Как выглядят дочери Милы Йовович и других голливудских актрис с русскими корнями Как выглядят дочери Милы Йовович и других голливудских актрис с русскими корнями

Знаменитые актрисы вдохновляют собственным примером красавиц-дочерей

Cosmopolitan
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Фотоловушка сделала первый снимок скрытной африканской антилопы Фотоловушка сделала первый снимок скрытной африканской антилопы

Исследователи впервые получили фотографию дукера Уолтера

N+1
Сельдерей заслуживает хлопот! Сельдерей заслуживает хлопот!

Вы любите сельдерей?

Наука и жизнь
Кого заменит робот: пора ли начинать увольнять сотрудников Кого заменит робот: пора ли начинать увольнять сотрудников

Можно автоматизировать рутинные бизнес-процессы, но нельзя — креативные

Forbes
Конец Запорожской Сечи Конец Запорожской Сечи

Самостоятельность казаков приносила империи слишком много проблем

Дилетант
Про ростки и листики Про ростки и листики

Мало кто понимает, как употреблять проростки, а главное – в чём их польза.

Здоровье
8 тайных фантазий девушек, о которых они почти никогда не рассказывают 8 тайных фантазий девушек, о которых они почти никогда не рассказывают

Да — есть вещи, которые девушки... обычно не предлагают

Playboy
Светляков заподозрили в отпугивании летучих мышей с помощью ультразвука Светляков заподозрили в отпугивании летучих мышей с помощью ультразвука

Возможно, светляки используют ультразвук, чтобы сообщить о своей несъедобности

N+1
Не блещет умом и всегда готова к сексу: как мужчины оценивают нас по макияжу Не блещет умом и всегда готова к сексу: как мужчины оценивают нас по макияжу

Что именно пугает мужчин или сразу уводит в обидные заблуждения!

Cosmopolitan
Ты тоже это помнишь? 7 штук, вызывающих приступ ностальгии по 2010-м Ты тоже это помнишь? 7 штук, вызывающих приступ ностальгии по 2010-м

Десятые годы нового тысячелетия остались позади. Но в нашей памяти они живы!

Playboy
Как мужчины покоряют рынок NFT Как мужчины покоряют рынок NFT

The Weeknd, Эминем и Пеле внесли свою лепту в развитие новой цифровой технологии

GQ
Ирландский Миядзаки, Букашки и Просто о важном: шесть интересных мультфильмов для всей семьи Ирландский Миядзаки, Букашки и Просто о важном: шесть интересных мультфильмов для всей семьи

Какие мультики последних лет стоит посмотреть всей семьей?

Seasons of life
POINTER: новой системе спасения пожарных не мешает ни дым, ни огонь POINTER: новой системе спасения пожарных не мешает ни дым, ни огонь

POINTER. Технология, позволяющая выявлять пожарных внутри зданий

Популярная механика
ДДТ в крови бабушек связали с риском ранних месячных и полноты их внучек ДДТ в крови бабушек связали с риском ранних месячных и полноты их внучек

Ученые обнаружили связь между пестицидами в крови женщин и здоровьем их внучек

N+1
Шпион, выйди вон: Дисней, Синатра и другие звезды, работавшие на разведку Шпион, выйди вон: Дисней, Синатра и другие звезды, работавшие на разведку

Уолт Дисней – секретный агент, а милашка Одри Хепберн шпионила за нацистами?

Cosmopolitan
7 фактов о сюите «Время, вперед!» 7 фактов о сюите «Время, вперед!»

Сюита «Время, вперед!» Георгия Свиридова звучит в заставке программы «Время»

Культура.РФ
Открыть в приложении