Так выглядит наша галактика Млечный Путь с нейтрино

Ученые с Нейтринная обсерватория IceCube представили поразительное новое изображение нашей галактики Млечный Путь, видимой призрачными частицами-посланниками, называемыми нейтрино. Этот новый анализ, анонсированный сегодня на мероприятии Университета Дрекселя, бумага будет опубликовано в журнале «Наука завтра» — предлагает самое убедительное на сегодняшний день доказательство того, что Млечный Путь является источником нейтрино высоких энергий, проливая больше света на происхождение космических лучей высоких энергий.

«Я помню, как сказал: «На данном этапе истории человечества мы первые, кто увидел нашу галактику в чем-то другом, кроме света». — сказала физик из Университета Дрекселя и член IceCube Наоко Курахаши Нилсон. на данный момент она и два аспиранта впервые рассмотрели изображение. «Наблюдение за нашей собственной галактикой впервые с использованием частиц вместо света — это огромный шаг. По мере развития нейтринной астрономии мы получим новую линзу для наблюдения за Вселенной».

Как ранее сообщалосьс тех пор, как французский физик Пьер Оже предложил в 1939 году что космические лучи должны нести невероятное количество энергии, ученые ломали голову над тем, что производит эти мощные кластеры протонов и нейтронов, падающих дождем в атмосферу Земли. Один из способов определить источники — проследить пути, по которым космические нейтрино высокой энергии прошли свой путь к Земле, поскольку они создаются космическими лучами, сталкивающимися с веществом или излучением, производя частицы, которые затем распадаются на нейтрино и гамма-лучи.

Большинство охотников за нейтрино хоронят свои эксперименты глубоко под землей, чтобы лучше нейтрализовать шумовые помехи от других источников. В случае с IceCube совместная работа включает массивы оптических датчиков размером с баскетбольный мяч, зарытых глубоко во льду Антарктиды. В тех редких случаях, когда пролетающее нейтрино взаимодействует с ядром атома во льду, при столкновении образуются заряженные частицы, испускающие ультрафиолетовые и синие фотоны. Их улавливают датчики. Таким образом, IceCube имеет все возможности для того, чтобы помочь ученым углубить свои знания о происхождении космических лучей высокой энергии.

Одним из сильных возможных источников высокоэнергетических космических лучей является активные ядра галактик (АЯГ), обнаруженные в центре некоторых галактик. Их энергия исходит от сверхмассивных черных дыр в центре галактики и/или от вращения черной дыры. Это непростая задача найти источники нейтрино высоких энергий в космосе, учитывая большое количество фоновых нейтрино и других частиц в атмосфере Земли. Например, IceCube регистрирует примерно 100 миллионов мюонов на каждое обнаруженное им нейтрино. В 2018 году IceCube уловил вспышку нейтрино, которая, казалось, исходила от типа АЯГ, называемого блазаром. Но им нужно было найти другие подобные космические источники нейтрино, чтобы согласовать это наблюдение с существующими моделями нейтрино.

В 2020 году коллаборация IceCube проанализированные данные собранные в период с 2008 по 2018 год. Они обнаружили дразнящий намек на 63 избыточных нейтрино, исходящих со стороны четырех АЯГ, хотя только одного —Мессье 77 (она же NGC 1068, или Галактика Кальмаров) — достигло какой-либо статистической значимости. Тем не менее, это было всего 2,9 сигма, меньше того, что требуется для заявления об открытии; это могли быть просто случайные фоновые колебания.

Итак, ученые IceCube еще раз перепроверил данные в прошлом году, на этот раз с использованием методов машинного обучения для лучшего восстановления траекторий и энергий фотонов, уловленных детекторами. Затем они повторно обработали те же данные за 10 лет. Результат: превышение фона на 79 нейтрино со статистической значимостью 4,2 сигма. Таким образом, Мессье 77 действительно является сильным кандидатом на роль одного из таких высокоэнергетических нейтринных излучателей.