Физики впервые нашли родину внегалактического нейтрино

Международная группа астрофизиков впервые указала на конкретный источник космического нейтрино, зафиксированного экспериментом IceCube. Источником частицы, названной «Большой Птицей», оказался блазар PKS B1424−418, расположенный в южном созвездии Центавра. Из предположения того, что нейтрино распространяется со скоростью света, то его путешествие до Земли могло занять более 9 миллиардов лет. Исследование принято к публикации в Nature Physics (препринт), кратко о нем сообщает портал Science News.

Ежесекундно через квадратный сантиметр поверхности Земли пролетают десятки миллиардов нейтрино — частиц, практически не взаимодействующих с материей. Их источником являются различные высокоэнергетичные процессы, такие как, например, ядерные реакции в Солнце. Одним из крупнейших экспериментов по их поиску является IceCube — станция, расположенная на южном полюсе. Ее детектор представляет собой 86 гирлянд с фотодатчиками, расположенных внутри кубического километра льда. Коллаборация IceCube впервые показала существование астрофизических нейтрино, которые попадают на Землю из глубокого космоса. 

Исследователи работали с данными по астрофизическим нейтрино, собранными IceCube за первые годы работы. Выборка включала в себя 37 частиц с энергиями от 30 до 2000 тераэлектронвольт — это в миллионы раз больше, чем у солнечных нейтрино. Ранее ученым удалось показать, что их источниками могут быть лишь объекты вне Солнечной системы, такие как, например, активные ядра галактик с релятивистскими джетами. Однако, установить точные источники до сих пор не удавалось — погрешность определения направления, откуда пришла частица, достигает 10-20 градусов дуги.

Одним из вероятных источников нейтрино являются блазары — лацертиды и квазары, чьи джеты направлены в сторону наблюдателя (Земли). Скорость частиц в джетах блазаров приближается к световой, поэтому они порождают гамма-излучение, фиксируемое земными приборами. Предположив, что всплески гамма-активности блазаров и моменты фиксации высокоэнергетичных нейтрино связаны между собой физики попытались уточнить координаты источников.

Новая работа посвящена событию IC35, получившему название «Большая Птица» — соответствующее ему нейтрино имело энергию около 2000 тераэлектронвольт. IceCube установил область неба, откуда прилетела частица, с точностью в 15 угловых градусов. Приступив к поискам, астрофизики нашли 20 кандидатов — активных галактических ядер, которые могли произвести настолько высокоэнергетичную частицу. Среди них были и известные радиогалактики Центавр А (пятая по яркости из наблюдаемых галактик) и Центавр B. 17 объектов из числа кандидатов были блазарами.

На основе данных об электромагнитном излучении физики исключили Центавр А из числа кандидатов — согласно существующим моделям, галактике не хватит «сил» разогнать нейтрино до такой высокой энергии. Среди остальных объектов, по словам физиков, выделялся блазар PKS B1424−418. Авторы отмечают, что активность блазара менялась с течением времени — так, в 2008 году он было слабым источником гамма-излучения, а за период 2009-2011 годы произвел два интенсивных гамма-всплеска. Начиная с середины лета 2012 года активность объекта начала расти. Вплоть до 30 апреля 2013 года блазар оставался самым интенсивным источником гамма-излучения в области энергий 100-300 000 мегаэлектронвольт. 

В этот период ученые и зафиксировали «Большую Птицу» — детектор увидел событие 4 декабря 2012 года. Эксперты отмечают, что нельзя исключать простое совпадение роста активности блазара и нейтринного события. Работа не доказывает однозначной связи между событиями, однако вероятность ошибки не превышает пяти процентов. 

Результаты прокомментировал астрофизик Сян-Ю Ван из Нанкинского Университета, не участвовавший в исследовании. По словам ученого, оба события — и регистрация нейтрино и рост свечения блазара — очень редки, их совпадение кажется убедительным. Предположив, что авторы работы правы, Сян-Ю Ван проследил за возможным отставанием нейтрино от гамма-лучей. Это позволило физику проверить общую и специальную теорию относительности, а также предсказания некоторых вариантов теорий квантовой гравитации. 

Попытки соотнести события фиксации астрофизических нейтрино с их источниками предпринимались и ранее. Так, та же группа ученых пыталась соотнести события IC14 и IC20 с блазарами. Физикам удалось сузить круг поисков до 6 объектов, но определить точный источник так и не удалось. Интересно отметить, что впервые соотнести фиксацию нейтрино с внегалактическим событием удалось в 1987 году — тогда несколько нейтринных детекторов увидели избыток событий, связанных со взрывом сверхновой в Большом Магеллановом Облаке. Однако, в отличие от нейтрино IceCube, эти частицы обладали сравнительно низкими энергиями.

Владимир Королёв