Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Российские астрономы заметили потускнение блазара при излучении нейтрино

V. M. Lipunov et al. / The Astrophysical Journal Letters, 2020

Система российских роботов-телескопов МАСТЕР зафиксировала изменение яркости блазара TXS 0506+056 в оптическом диапазоне, примерно совпадающее со временем регистрации нейтрино высокой энергии из данного направления. На первых кадрах, полученных спустя около минуты после прихода нейтрино, источник оказался заметно тусклее, чем на большинстве полученных в другое время изображений. Однако в течение следующих двух часов он вернулся к обычным значениям яркости. Полученные данные позволяют однозначно связать нейтрино высокой энергии с оптической переменностью конкретного источника. Результаты были доложены на Общемосковском семинаре астрофизиков имени Зельдовича и приняты к публикации в The Astrophysical Journal Letters.

Обновлено: в июне 2020 года статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Нейтрино – это легчайшие обладающие массой элементарные частицы в Стандартной модели физики частиц. Они могут рождаться во множестве высокоэнергетических процессов, которые протекают в ядрах звезд, во время взрывов сверхновых, аккреционных дисках и активных ядрах галактик. Однако сечение взаимодействия нейтрино с другими частицами очень мало, из-за чего их трудно детектировать. До недавнего времени двумя единственными отождествленными космическими источниками нейтрино оставались Солнце и сверхновая 1987A.

Сложности регистрации нейтрино затрудняют экспериментальное выяснение их роли в астрофизике. В частности, даже самый современный нейтринный телескоп IceCube измеряет параметры частиц с заметными ошибками. В результате вместо точных координат на небе, откуда пришло нейтрино, обычно известно только то, что это направление попадает в поле площадью около квадратного градуса. В такую область попадает огромное количество разнообразных источников, а поля зрения современных крупных оптических телескопов, как правило, намного меньше, что не позволяет им оперативно наблюдать всю площадку.

Именно для таких задач создаются автоматических системы телескопов, которые обладают достаточно большими полями зрения и способны самостоятельно наводиться на нужные объекты на основе приходящих оповещений. Эти инструменты уступают крупным собратьям в плане качества изображений и возможности фиксировать наиболее тусклые объекты, но их преимущество именно в скорости и покрытии. В частности, именно такие телескопы позволили быстро обнаружить в оптике сигнал от слияния нейтронных звезд, который был изначально обнаружен гравитационно-волновыми антеннами.

На данный момент в мире существует как отдельные автоматические телескопы, так и их группы, объединяющие по несколько приборов в различных местах Земли. Одной из них является система МАСТЕР (Мобильная Астрономическая Система ТЕлескопов-Роботов), созданная по инициативе профессора МГУ Владимира Липунова. На данный момент в сети МАСТЕР девять телескопов по всему земному шару, в том числе шесть в России и по одному в Аргентине, в Южной Африке и в Испании. МАСТЕР уже получал важные научные результаты, в частности, впервые зарегистрировал поляризацию собственного оптического излучения гамма-всплесков.

В пятницу, 5 июня на Общемосковском семинаре астрофизиков имени Зельдовича Владимир Липунов сообщил о новом результате системы МАСТЕР – наблюдении оптического излучения, сопутствующего регистрации нейтрино IceCube-170922A в 2017 году. Телескоп МАСТЕР-Таврида в Крыму получил первые кадры нужной площадки спустя 73 секунды после детектирования нейтрино (спустя 27 секунд после появления соответствующего оповещения). Оказалось, что на этих изображениях блазар TXS 0506+056 тусклее, чем обычно на 0,790 ± 0,016 звездной величины, что соответствуют падению абсолютной светимости примерно в два раза. Через два часа источник вернулся к обычному уровню блеска.

Для проверки астрономы калибровали яркость блазара по восьми попадающим на те же кадры звездам, параметры которых известны с высокой точностью благодаря наблюдениям космического телескопа Gaia. Стандартную яркость определяли на основе измерений на протяжении нескольких недель от прихода нейтрино, а всего различные телескопы системы МАСТЕР наблюдали TXS 0506+056 начиная с 2005 года.

Оказалось, что на протяжении большей части наблюдений светимость блазара примерно постоянна. Заметно она менялась лишь трижды: в 2006, когда IceCube еще не работал, в 2015, что в пределах полугода совпадает с нейтринными событием IC86b, и в 2017 году, причем в последнем случае как статистическая значимость изменения, так и временное совпадение с приходом нейтрино намного лучше.

Ученые также предлагают гипотезу, которая может объяснить снижение оптической яркости, сопутствующее приходу нейтрино. Авторы пишут, что согласно одной из основных теоретических концепций как фотоны, так и нейтрино порождаются ультрарелятивистскими протонами в джете центральной сверхмассивной черной дыры в ядре блазара. Однако для появления нейтрино должна произойти реакция, в результате которой протон превращается в два пи-мезона, в то время как при генерации оптических фотонов посредством синхротронного излучения протоны не исчезают. В таком случае можно предположить, что по какой-то причине (например, из-за неустойчивости в плазме джета) существенная доля протонов превратилась в пионы, что вызвало увеличенный поток нейтрино, обеспечило регистрацию на IceCube, но в то же время уменьшило яркость в оптическом диапазоне.

Хотя блазар TXS 0506+056 сразу после регистрации нейтрино назвали наиболее вероятным источником события IceCube-170922A, некоторые сомнения в правильности отождествления могли оставаться. В частности, он стал активно излучать гамма-фотоны за несколько месяцев до регистрации нейтрино, высокоэнергетические космически лучи от него начали улавливать лишь спустя неделю, а никакой значимой переменности в оптике, рентгене или гамма-диапазоне ранее не было выявлено, что связано в первую очередь с отсутствием подходящих данных. Результаты МАСТЕРа представляют новое независимое и важное свидетельство, что именно TXS 0506+056 был источником.

Мы подробно писали о первой регистрации нейтрино сверхвысокой энергии в материале «Ледяное нейтрино». Ранее ученые нашли в десятилетних данных IceCube указания на новые возможные внегалактические источники нейтрино, а другому российскому коллективу удалось связать нейтрино сверхвысоких энергий со вспышками квазаров на основе длительной статистики наблюдения этих объектов в радиодиапазоне.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.