Художественная иллюстрация блазара, подобного недавно обнаруженному, ускоряет нейтрино и космические лучи до невероятных скоростей. Сверхмассивная черная дыра в центре аккреционного диска посылает в космос узкую высокоэнергетическую струю вещества, перпендикулярную диску.
(Изображение: © DESY, Научно-исследовательская лаборатория)
Астрономы впервые проследили высокоэнергетическое нейтрино до его космического источника, разгадав в этом столетнюю загадку.
Нейтрино - это почти безмассовые субатомные частицы, которые не имеют электрического заряда и поэтому редко взаимодействуют с окружающей средой. Действительно, триллионы этих «частиц-призраков» проходят через ваше тело незаметно и беспрепятственно каждую секунду.
Большинство этих нейтрино происходят от солнца. Но небольшой процент, который может похвастаться чрезвычайно высокой энергией, взлетел к нашей шее из леса из очень глубокого космоса. Неопределенность, присущая нейтрино, помешала астрономам определить происхождение таких космических странников - до сих пор. [Прослеживая нейтрино к его источнику: Открытие в картинках]
Наблюдения нейтринной обсерватории IceCube на Южном полюсе и множества других приборов позволили исследователям отследить одно космическое нейтрино до далекого блазара, огромной эллиптической галактики с быстро вращающейся сверхмассивной черной дырой в ее сердце.
И это еще не все. Космические нейтрино идут рука об руку с космическими лучами, высокоэнергетичными заряженными частицами, которые непрерывно врезаются в нашу планету. Таким образом, новая находка привязывает блазары как ускорители, по крайней мере, некоторых из самых быстро движущихся космических лучей.
Астрономы задавались вопросом об этом с тех пор, как космические лучи были впервые обнаружены еще в 1912 году. Но они были сорваны заряженной природой частиц, которая диктует, что космические лучи притягиваются таким образом, а также различными объектами, когда они изменяют масштаб изображения в пространстве. В конце концов, успех пришел от использования прямой линии призрачной частицы попутчика.
«Мы искали источники космических лучей более века, и мы наконец-то нашли его», - сказал Спейс Фрэнсис Халзен, ведущий научный сотрудник нейтринной обсерватории IceCube и профессор физики в университете Висконсин-Мэдисон. ком. [Дурацкая физика: самые классные маленькие частицы в природе]
Усилие команды
IceCube, управляемый Национальным научным фондом США (NSF), является преданным охотником за нейтрино. Объект состоит из 86 кабелей, которые простираются в скважинах, которые простираются примерно на 1,5 мили (2,5 километра) в антарктический лед. Каждый кабель, в свою очередь, содержит 60 «цифровых оптических модулей» баскетбольного размера, которые оснащены чувствительными световыми детекторами.
Эти детекторы предназначены для улавливания характерного синего света, испускаемого после взаимодействия нейтрино с атомным ядром. (Этот свет испускается вторичной частицей, созданной взаимодействием. И в случае, если вам было интересно: весь этот покрывающий лед препятствует попаданию частиц, отличных от нейтрино, в детекторы и загрязнению данных.) Это редкие события; По словам Халзена, IceCube выделяет всего пару сотен нейтрино в год.
Объект уже внес большой вклад в астрономию. Например, в 2013 году IceCube впервые в мире подтвердил обнаружение нейтрино за пределами галактики Млечный путь. В то время исследователи не могли определить источник этих высокоэнергетических частиц-призраков.
Однако 22 сентября 2017 года IceCube получил еще одно космическое нейтрино. Он был чрезвычайно энергичным, упаковывая около 300 тераэлектронных вольт - почти в 50 раз больше, чем энергия протонов, вращающихся через самый мощный ускоритель частиц Земли, Большой адронный коллайдер.
В течение 1 минуты после обнаружения объект разослал автоматическое уведомление, предупреждая других астрономов о поиске и передаче координат на участок неба, который, казалось, содержал источник частицы.
Сообщество ответило: около 20 телескопов на земле и в космосе исследовали этот участок по всему электромагнитному спектру, от низкоэнергетических радиоволн до высокоэнергетических гамма-лучей. Объединенные наблюдения проследили происхождение нейтрино до уже известного блазара под названием TXS 0506 + 056, который находится на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от Земли.
Например, последующие наблюдения с помощью нескольких различных приборов, в том числе космического телескопа гамма-излучения Ферми НАСА и космического телескопа Большой гамма-гамма-съемки в атмосфере (MAGIC) на Канарских островах, выявили мощный всплеск гамма-излучения, исходящего от TXS 0506 + 056. [Вселенная гамма-лучей: фотографии с космического телескопа Ферми НАСА]
Команда IceCube также проверила свои архивные данные и обнаружила более десятка других космических нейтрино, которые, казалось, исходили от того же блазара. Эти дополнительные частицы были собраны детекторами с конца 2014 до начала 2015 года.
«Все части соответствуют друг другу», - заявил Альбрехт Карл, старший научный сотрудник IceCube и профессор физики UW-Madison. «Вспышка нейтрино в наших архивных данных стала независимым подтверждением. Вместе с наблюдениями других обсерваторий, это убедительное доказательство того, что этот блазар является источником чрезвычайно энергичных нейтрино и, следовательно, высокоэнергетических космических лучей».
Об этих результатах сообщается в двух новых исследованиях, опубликованных сегодня (12 июля) в журнале Science. Вы можете найти их здесь и здесь.
Мультимедийная астрофизика на подъеме
Блазары - это особый тип сверхсветящей активной галактики, которая взрывает двойные струи света и частиц, одна из которых направлена прямо на Землю. (Отчасти поэтому блазары кажутся нам такими яркими - потому что мы находимся на линии реактивного огня.)
Астрономы определили несколько тысяч блазаров по всей вселенной, ни один из которых еще не обнаружил, что они бросают в нас нейтрино, как TXS 0506 + 056.
«В этом источнике есть что-то особенное, и мы должны выяснить, что это такое», - сказал Халзен Space.com.
Это только один из многих вопросов, поднятых новыми результатами. Например, Халзен также хотел бы знать механизм ускорения: как именно блазары получают нейтрино и космические лучи до таких огромных скоростей?
Халзен выразил оптимизм в отношении ответа на такие вопросы в относительно ближайшем будущем, сославшись на силу «многозаходной астрофизики» - использования по крайней мере двух разных типов сигналов для опроса космоса - демонстрирующихся в двух новых исследованиях.
Открытие нейтрино следует за пятой другого ориентира нескольких посланников: в октябре 2017 года исследователи объявили, что они проанализировали столкновение между двумя сверхплотными нейтронными звездами, наблюдая как электромагнитное излучение, так и гравитационные волны, излучаемые во время драматического события.
«Наступила эра астрофизики с несколькими мессенджерами», - сказала в том же заявлении директор NSF Франс Кордова. «Каждый посланник - от электромагнитного излучения, гравитационных волн и теперь нейтрино - дает нам более полное понимание вселенной и важные новые идеи о самых мощных объектах и событиях на небе».
