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

Вселенная Эдгара По Вселенная Эдгара По

Иногда чуткие к достижениям науки писатели могут предугадывать будущее

Наука и жизнь
Тим Феррис посоветовал 3 книги, которые учат справляться с трудностями Тим Феррис посоветовал 3 книги, которые учат справляться с трудностями

Может ли чтение книги сделать вас более морально устойчивым?

Inc.
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
5 ожидаемых сиквелов, которые так и не сняли 5 ожидаемых сиквелов, которые так и не сняли

Фильмы, к которым так и просится продолжение

Maxim
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Каким было самое первое животное на Земле и почему об этом так долго спорят Каким было самое первое животное на Земле и почему об этом так долго спорят

Претендент на звание самой древней ветви жизни, все это время обманывал нас

Популярная механика
Сверхкритическое состояние или умный текстиль? Сверхкритическое состояние или умный текстиль?

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

Наука и жизнь
Ларс, бог вины: гид по творчеству великого и ужасного фон Триера (азбука Esquire) Ларс, бог вины: гид по творчеству великого и ужасного фон Триера (азбука Esquire)

Творчество Ларса фон Триера от А до Я

Esquire
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
«Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма» «Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма»

Как строятся модели генерации магнитного пол

N+1
Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки

Когда на Земле был единичный катастрофический космогенный процесс

Наука и жизнь
Ешь, толстей, люби: звезды, которые набрали вес и обрели счастье Ешь, толстей, люби: звезды, которые набрали вес и обрели счастье

Звезды, которые изменились до неузнаваемости, но стали намного счастливее

Cosmopolitan
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Что такое “водонепроницаемость”, или как спасти залитый телефон Что такое “водонепроницаемость”, или как спасти залитый телефон

Что делать если телефон промок

Популярная механика
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Рапунцель из Индии рассказала, как отрастить волосы на 15 см всего за 3 месяца Рапунцель из Индии рассказала, как отрастить волосы на 15 см всего за 3 месяца

Маска для волос, которая поможет ускорить рост волос на 30-40%

Cosmopolitan
Знай наших Знай наших

Уникальные достижения отечественных ученых

Популярная механика
Как устроены кинотеатры IMAX? Как устроены кинотеатры IMAX?

Многие были в кинотеатрах IMAX, но не все знают, что это, собственно, означает

Популярная механика
Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Мария Порошина. Быть мамой непросто Мария Порошина. Быть мамой непросто

Мария Порошина: У меня нет права, да и времени на уныние или отчаяние

Караван историй
5 способов снять ненужные запреты и ограничения 5 способов снять ненужные запреты и ограничения

На наше поведение влияют внутренние предписания и ожидания

Psychologies
На дворе уже апрель: 6 способов начать уже осуществлять план целей, составленных на год На дворе уже апрель: 6 способов начать уже осуществлять план целей, составленных на год

У тебя все получится

Playboy
«Мудрые» советы из интернета, которым не стоит следовать «Мудрые» советы из интернета, которым не стоит следовать

Популярные утверждения, которые не стоит воспринимать всерьез

Psychologies
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
Самостоятельная забота Самостоятельная забота

Окружающая среда – это буквально всё, что находится вокруг тебя

Cosmopolitan
Исследование выявило секрет успеха в карьере — особенно для женщин Исследование выявило секрет успеха в карьере — особенно для женщин

Что может повредить карьере женщин

Inc.
Как перестать разговаривать во сне: эффективные шаги к тихому отдыху Как перестать разговаривать во сне: эффективные шаги к тихому отдыху

Определение сомнилоквии и рекомендации, как перестать говорить во сне.

Playboy
Старые и толстые: в каком возрасте мы перестаём быть молодыми Старые и толстые: в каком возрасте мы перестаём быть молодыми

Где проходит граница, после которой ты не чувствуешь себя тонкой и звонкой?

Cosmopolitan
Одинаковы с лица: известные мужчины, которые женились на копиях своих бывших жен Одинаковы с лица: известные мужчины, которые женились на копиях своих бывших жен

Знаменитые мужчины, новые женщины которых подозрительно похожи на предыдущих

Cosmopolitan
Управляйте сознанием с помощью тела: 10 лайфхаков Управляйте сознанием с помощью тела: 10 лайфхаков

Как управлять эмоциями с помощью тела

Psychologies
Открыть в приложении