Люди тисячоліттями з благоговінням дивилися на величезний потік зірок — яскравих і тьмяних — сяючих на нічному небі Землі, які складають Чумацький Шлях. Однак зараз за нашою рідною галактикою вперше ведуть спостереження абсолютно по-новому.
У четвер вчені заявили, що створили зображення Чумацького Шляху не на основі електромагнітного випромінювання — світла — а на основі примарних субатомних частинок, званих нейтрино. Вони виявили високоенергетичні нейтрино в незайманому льоді глибоко під поверхнею Антарктиди, а потім відстежили їх джерело до місць у Чумацькому Шляху — це вперше спостерігалося, як ці частинки походять із нашої галактики.
Цей погляд принципово відрізняється від того, що ми можемо побачити на власні очі або за допомогою інструментів, які вимірюють інші електромагнітні джерела, такі як радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-промені. Це не зірки, планети та інші речі, які можна спостерігати завдяки їхньому світлу, а радше таємничі джерела нейтрино, що походять із галактики, можливо, залишки вибухових смертей зірок, які називаються надновими.
Нейтрино були виявлені протягом десятиліття в нейтринній обсерваторії IceCube на науково-дослідній станції США на Південному полюсі за допомогою понад 5000 датчиків, що охоплюють територію розміром з невелику гору.
«Це спостереження є новаторським. Воно показало, що галактика є джерелом нейтрино. Кожна майбутня робота буде посилатися на це спостереження», — сказав фізик Georgia Tech Ігнасіо Табоада, речник дослідження IceCube.
«Коли ми виявили нейтрино космічного походження в 2013 році, для нас було певною несподіванкою те, що ми не знайшли потік, який походить від найближчих джерел нашої власної галактики. Галактичні джерела повинні були домінувати в небі, як це відбувається в Усі довжини хвиль світла. Нам знадобилося десятиліття, щоб відкрити нашу власну галактику», — сказав фізик Університету Вісконсіна та провідний науковий співробітник IceCube Френсіс Халзен.
Нейтрино є електрично нейтральними, їх не заважає навіть найсильніше магнітне поле, і вони рідко взаємодіють з матерією, за що отримали прізвисько «частинка-привид». Коли нейтрино подорожують космосом, вони безперешкодно проходять крізь матерію – зірки, планети і, якщо на те пішло, людей.
«Подібно до того, як світло без зупинки проходить крізь скло, нейтрино можуть пройти через усе, включаючи всю планету Земля», — сказав Табоада.
«Нейтрино — це елементарна частинка, тобто вони не складаються з чогось меншого. Вони не є будівельними блоками «матеріалу», як електрони та кварки, але вони створюються в ядерних процесах. Вони також створюються, коли протони ( субатомні частинки) і (атомні) ядра взаємодіють при дуже високих енергіях", - сказала фізик Наоко Курахаші Нейлсон з Університету Дрекселя у Філадельфії, член дослідницької групи, яка детально опублікувала результати в журналі Science.
Багато аспектів Всесвіту неможливо розшифрувати, використовуючи лише світло. Можливість використовувати такі частинки, як нейтрино, в астрономії дає можливість більш надійного дослідження, подібно до того, як підтвердження брижів у тканині простору-часу, які називаються гравітаційними хвилями, оголошене в 2016 році, відкрило ще один новий рубіж. Ця галузь називається «астрофізикою багатьох месенджерів».
Нейтрино утворюються тими самими джерелами, що й космічні промені, частинки з найвищою енергією, які коли-небудь спостерігалися, але відрізняються в ключовому аспекті. Космічні промені, як електрично заряджені частинки, неможливо відстежити безпосередньо до їх джерела, оскільки сильні магнітні поля в космосі змінюють їхню траєкторію. Напрямок, з якого надходять нейтрино, вказує прямо на їх початкове джерело.
Дослідники використовували машинне навчання, щоб допомогти відрізнити нейтрино, що походять з нашої галактики, від тих, що походять з інших місць. Вони опублікували ілюстрацію своїх відкриттів із нейтрино з Чумацького Шляху, представленими світлом із великою концентрацією в ядрі галактики.
Те, як виникли нейтрино, є предметом дискусії. Спостереження узгоджувалися з ідеєю дифузного випромінювання нейтрино в Чумацькому Шляху, але ці частинки могли виникати з конкретних поки невідомих джерел.
«Це зараз ключове питання. Нейтрино виникають лише в джерелах, де виробляються космічні промені. Вони є індикаторами джерел космічних променів. Ключове питання полягає в тому, звідки ці космічні промені походять», — сказав Халзен.
«Найвірогідніше джерело нейтрино та космічних променів у нашій галактиці, — додав Табоада, — це залишки минулих вибухів наднових. Але це поки що не доведено».
