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

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
Сотрудничество Qualcomm и NASA сделало возможным первый управляемый полет над поверхностью Марса Сотрудничество Qualcomm и NASA сделало возможным первый управляемый полет над поверхностью Марса

Когда будет возможен управляемый полёт над поверхностью Марса

Популярная механика
Алгоритмические войны Алгоритмические войны

Как битвы будущего видят по ту сторону океана

Популярная механика
Потеплело! Как одеваться сейчас, чтобы быть самой модной, — 9 советов для тебя Потеплело! Как одеваться сейчас, чтобы быть самой модной, — 9 советов для тебя

Как одеться в теплую погоду, чтобы выглядеть на все сто?

Cosmopolitan
Цифровое бессмертие Цифровое бессмертие

Sensorium Galaxy – VR-платформа, которая способна преобразить нашу жизнь

Популярная механика
10 “лучших” киллеров: главные причины смерти в мире 10 “лучших” киллеров: главные причины смерти в мире

Своих врагов нужно знать в лицо!

Популярная механика
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Nitto Trail Grappler M/T. На дороге и в грязи Nitto Trail Grappler M/T. На дороге и в грязи

Обзор резины Nitto Trail Grappler M/T

4x4 Club
Петербургские «Кресты» Петербургские «Кресты»

Имена арестантов «Крестов» вошли в учебники, само здание — памятник архитектуры

Дилетант
Обаятельные транжиры без угрызений совести. Как не стать жертвой манипуляций психопата Обаятельные транжиры без угрызений совести. Как не стать жертвой манипуляций психопата

Отрывок из книги «Змеи в костюмах» о токсичных психопатов на работе

Inc.
Вскрытие покажет Вскрытие покажет

Отечественные ученые предложили технологию переработки старых литиевых батарей

Эксперт
Компании, увеличивающие количество женщин в руководстве, меньше рискуют — но более открыты к переменам Компании, увеличивающие количество женщин в руководстве, меньше рискуют — но более открыты к переменам

К чем приводит гендерное разнообразие в топ-менеджменте

Inc.
Верхом на вихре Верхом на вихре

Возможное будущее гражданской авиации

Популярная механика
Рыба ждет покупателя Рыба ждет покупателя

Ограничения на ввоз рыбы в Китай привело к падению прибыли рыбной отрасли

Эксперт
Меню ребенка в 6 месяцев Меню ребенка в 6 месяцев

В возрасте 6 месяцев ребенку станет мало одного грудного молока

9 месяцев
Фрэнсис Форд Коппола и интересные факты о нём Фрэнсис Форд Коппола и интересные факты о нём

Интересные факты из биографии режиссера «Крёстного отца»

Maxim
«Я больше не боюсь ошибаться» «Я больше не боюсь ошибаться»

Ошибки — необходимая часть жизни

Psychologies
Второй мозг: как я научился эффективно работать с информацией Второй мозг: как я научился эффективно работать с информацией

О системе, помогающей ему учиться, работать и думать

Reminder
Что такое безуглеводная диета и чем она опасна Что такое безуглеводная диета и чем она опасна

Стоит ли придерживаться безуглеводной диеты для улучшения здоровья?

РБК
Физики ограничили вклад еще не открытых бозонов в аномальный магнитный момент электрона Физики ограничили вклад еще не открытых бозонов в аномальный магнитный момент электрона

Эксперимент NA64 в ЦЕРНе не увидел следов еще не открытых легких бозонов

N+1
Тогда и сейчас: как выглядят красавицы-актрисы сериала «Беверли-Хиллз, 90210» Тогда и сейчас: как выглядят красавицы-актрисы сериала «Беверли-Хиллз, 90210»

Как изменились актрисы сериала «Беверли-Хиллз, 90210»

Cosmopolitan
«Очень уж хочется не делать ничего обычного» «Очень уж хочется не делать ничего обычного»

Актер Иван Мулин — о пробах в «Очень странные дела», страхах и сомнениях

Esquire
Иммигрантка из России прожила в американской церкви три года из-за угрозы депортации. За это время она открыла успешный бизнес по лепке вареников Иммигрантка из России прожила в американской церкви три года из-за угрозы депортации. За это время она открыла успешный бизнес по лепке вареников

Ирида живет в США около 20 лет, но продолжает бороться за свой статус в стране

Esquire
Весеннее обострение: миф или реальность? Весеннее обострение: миф или реальность?

Резкие перепады настроения, апатия, нежелание что-либо делать...

Psychologies
Разбор одного шедевра: «Безумная Грета» Брейгеля Разбор одного шедевра: «Безумная Грета» Брейгеля

Почему злобную героиню картины «Безумная Грета» назвали именно Маргаритой?

Arzamas
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
Что делать властям с Навальным? Четыре сценария развития ситуации Что делать властям с Навальным? Четыре сценария развития ситуации

Что делать с Навальным в тюрьме?

СНОБ
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
«Жена или партбилет»: как мою семью спас незнакомый человек «Жена или партбилет»: как мою семью спас незнакомый человек

Иногда помощь приходит от того, кто совершенно не обязан делать тебе добро

Psychologies
Месть за мужа: как Варвара Ляшенко сменила кукурузник на истребитель Месть за мужа: как Варвара Ляшенко сменила кукурузник на истребитель

Варвара Ляшенко – одна из самых известных женщин-штурмовиков

Cosmopolitan
Открыть в приложении