IceCube нашел возможные внегалактические источники нейтрино

M. G. Aartsen et al. / Physical Review Letters, 2020

Физики представили результат обработки десятилетия наблюдений на нейтринной обсерватории IceCube. Ученым удалось выделить несколько внегалактических источников-кандидатов, но статистики недостаточно для полноценного открытия ни в одном случае. Наиболее достоверные результаты получены для активной галактики NGC 1068 (M 77), пишут авторы в журнале Physical Review Letters.

Нейтрино — это маломассивные и слабовзаимодействующие незаряженные элементарные частицы. Они рождаются во многих ядерных реакциях, где важную роль играет слабое ядерное взаимодействие. В частности, мощным источником нейтрино является Солнце, в котором эти частицы рождаются в процессе термоядерного синтеза в ядре.

Нейтрино также входят в состав космических лучей — сталкивающегося с планетой потока частиц внеземного происхождения. Источники космических лучей остаются по большей части неизвестными, так как большинство образующих их частиц обладает электрическим зарядом, из-за чего они отклоняются по мере движения в галактических и межгалактических магнитных полях. Однако нейтрино не обладают зарядом, поэтому не взаимодействуют с магнитными полями, а их траектории не искривляются. В связи с этим ученые надеются прояснить природу естественных ускорителей частиц с помощью нейтрино.

Работающие с крупнейшим на данный момент детектором нейтрино IceCube ученые провели анализ всех имеющихся данных о событиях внегалактической природы, зарегистрированных с 6 апреля 2008 года по 10 июля 2018, — таких оказалось более миллиона. Ученые искали на всем небе направления, откуда приходит избыток частиц относительно фоновых значений. Всего им удалось выделить четыре потенциальных источника: NGC 1068 (активная сейфертовская галактика), TXS 0506+056 (блазар, который ранее уже стал первым отождествленным внегалактическим источником нейтрино), GB6 J1542+6129 (лацертида, подтип блазара) и PKS 1424+240 (лацертида, один из самых далеких источников гамма-лучей сверхвысокой энергии).

Несмотря на высокие потоки нейтрино, из-за их малого сечения взаимодействия с материей и наличия большого количества фоновых процессов, выделение событий с высокой статистической значимостью затруднительно. В частности, множество паразитных срабатываний детектора вызывают мюоны и вторичные нейтрино, рождающиеся в земной атмосфере при взаимодействии заряженных частиц космических лучей с ее веществом.

Пока что ни в одном из четырех выделенных случаев нельзя говорить о полноценном открытии. Более того, так как анализ проводился на основе данных за длительный промежуток времени, в течение которого статистически могут происходить заметные флуктуации потоков, даже однозначно установленный как источник нейтрино блазар TXS 0506+056 не смог преодолеть принятый порог значимости в пять стандартных отклонений.

Наиболее надежные данные получены в случае галактики NGC 1068 — ее сигнал выделяется на фоном на 3,3 стандартных отклонения. Она относится к активным сейфертовским галактикам II типа и является самым ярким источником этого класса в каталоге космического гамма-телескопа «Ферми». Также уже было установлено, что в ее ядре происходит ускорение заряженных частиц до высоких энергий, что ученые связывают с деятельностью центральной черной дыры.

Однако существующие модели, связывающие потоки нейтрино с потоками гамма-фотонов высоких энергий, предсказывают намного более высокую светимость данной галактики в жесткой части электромагнитного спектра, чем было зафиксировано. Авторы новой работы допускают, что это может быть связано с достаточно высокой неточностью определения энергий нейтрино и существенным поглощением рентгеновских и гамма-лучей в направлении на данный объект.

Ранее физики предложили новый способ поиска нейтрино, основанный на эффекте радиоэха. В мире продолжается активное строительство новых детекторов нейтрино: недавно один эксперимент был запущен в России, а в Японии одобрили строительство крупнейшей подобной установки.

Тимур Кешелава

Источник: nplus1.ru