Люди тысячелетиями с благоговением смотрели на огромный поток звезд — ярких и тусклых — сияющих на ночном небе Земли, составляющих Млечный Путь. Однако сейчас за нашей родной галактикой впервые ведут наблюдения по-новому.
В четверг ученые заявили, что создали изображение Млечного Пути не на основе электромагнитного излучения — света — а на основе призрачных субатомных частиц, называемых нейтрино. Они обнаружили высокоэнергетические нейтрино в девственном льду глубоко под поверхностью Антарктиды, а затем отследили их источник к местам в Млечном Пути — это впервые наблюдалось, как эти частицы происходят из нашей галактики.
Этот взгляд принципиально отличается от того, что мы можем увидеть собственными глазами или с помощью инструментов, измеряющих другие электромагнитные источники, такие как радиоволны, микроволны, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Это не звезды, планеты и другие вещи, которые можно наблюдать благодаря их свету, а скорее таинственные источники нейтрино, происходящие из галактики, возможно, остатки взрывных смертей звезд, которые называются сверхновыми.
Нейтрино были обнаружены в течение десятилетия в нейтринной обсерватории IceCube на научно-исследовательской станции США на Южном полюсе с помощью более 5000 датчиков, охватывающих территорию размером с небольшую гору.
«Это наблюдение новаторское. Оно показало, что галактика является источником нейтрино. Каждая предстоящая работа будет ссылаться на это наблюдение», — сказал физик Georgia Tech Игнасио Табоада, представитель исследования IceCube.
«Когда мы обнаружили нейтрино космического происхождения в 2013 году, для нас было определенной неожиданностью то, что мы не нашли поток, исходящий от ближайших источников нашей собственной галактики. Галактические источники должны были доминировать в небе, как это происходит во Все длины волн света. Нам понадобилось десятилетие, чтобы открыть нашу собственную галактику», — сказал физик Висконсинского университета и ведущий научный сотрудник IceCube Фрэнсис Халзен.
Нейтрино электрически нейтральны, их не мешает даже самое сильное магнитное поле, и они редко взаимодействуют с материей, за что получили прозвище «частица-призрак». Когда нейтрино путешествуют по космосу, они беспрепятственно проходят сквозь материю – звезды, планеты и, если на то пошло, людей.
«Подобно тому, как свет без остановки проходит сквозь стекло, нейтрино могут пройти через все, включая всю планету Земля», — сказал Табоада.
«Нейтрино — это элементарная частица, то есть они не состоят из чего-нибудь меньшего. Они не являются строительными блоками «материала», как электроны и кварки, но они создаются в ядерных процессах. Они также создаются, когда протоны ( субатомные частицы) и (атомные) ядра взаимодействуют при очень высоких энергиях», — сказала физик Наоко Курахаши Нейлсон из Университета Дрекселя в Филадельфии, член исследовательской группы, подробно опубликовавшей результаты в журнале Science.
Многие аспекты Вселенной невозможно расшифровать, используя только свет. Возможность использовать такие частицы, как нейтрино, в астрономии дает возможность более надежного исследования, подобно тому, как подтверждение ряби в ткани пространства-времени, которые называются гравитационными волнами, объявленное в 2016 году, открыло еще один новый рубеж. Эта область называется «астрофизикой многих мессенджеров».
Нейтрино образуются теми же источниками, что и космические лучи, когда-либо наблюдавшиеся частицы с самой высокой энергией, но отличаются в ключевом аспекте. Космические лучи как электрически заряженные частицы невозможно отследить непосредственно к их источнику, поскольку сильные магнитные поля в космосе изменяют их траекторию. Направление, из которого поступают нейтрино, указывает прямо на их исходный источник.
Исследователи использовали машинное обучение, чтобы помочь отличить нейтрино, происходящие из нашей галактики, от происходящих из других мест. Они опубликовали иллюстрацию своих открытий из нейтрино из Млечного Пути, представленных светом с большой концентрацией в ядре галактики.
То, как возникли нейтрино, есть предмет дискуссии. Наблюдения согласовались с идеей диффузного излучения нейтрино в Млечном Пути, но эти частицы могли возникать из конкретных пока неизвестных источников.
«Это сейчас ключевой вопрос. Нейтрино возникают только в источниках, где производятся космические лучи. Они являются индикаторами источников космических лучей. Ключевой вопрос состоит в том, откуда эти космические лучи происходят», — сказал Халзен.
«Вероятнее всего источник нейтрино и космических лучей в нашей галактике, — добавил Табоада, — это остатки прошлых взрывов сверхновых. Но это пока не доказано».
