Далеко в космосе находится класс объектов, называемых блазарами. Можно рассматривать их как экстремальные ускорители частиц, способные упорядочивать энергии в миллион раз сильнее, чем Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Оказывается, они являются виновниками одной из величайших астрофизических загадок: что создаёт и движет
нейтрино по Вселенной с невероятно высокой скоростью? Оказывается, ответ всегда был на поверхности: блазары испускают нейтрино и космические лучи. К такому выводу пришла группа астрономов во главе с доктором
Сарой Бусон из Вюрцбургского университета в Германии, изучая данные с уникального объекта здесь, на Земле: нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде.
Понимание происхождения частиц с демонической скоростью
Нейтрино — странные маленькие объекты в астрофизическом пространстве. Они возникают в результате взаимодействия космических лучей в блазарах и имеют очень небольшую массу. Нейтрино не взаимодействуют с материей, когда они летят по космосу, а это значит, что они путешествуют по галактикам и планетам. Они даже проносятся сквозь людей и оставляют очень мало следов своего прохождения.
К счастью, эта последняя характеристика означает, что их можно проследить до их источников, поскольку электромагнитные силы их не беспокоят.
Итак, как Бусон и её команда нашли места, где рождаются нейтрино?
Они обратились к IceCube, который похоронен глубоко во льдах на Южном полюсе. Это самый чувствительный детектор нейтрино на планете. Он ищет эти почти безмассовые субатомные частицы, которые астрономы также любят называть астрофизическими посланниками. Это потому, что они несут информацию о сильных астрофизических событиях и источниках, таких как чёрные дыры, нейтронные звёзды и блазары.
В 2017 году IceCube обнаружил нейтрино от блазара TXS 0506+056. Это активное ядро далёкой галактики, которое ярче, чем собственно вся галактика. Данные, которые несёт нейтрино, показали команде, что он пришёл из сердца этого блазара и преодолел 5,7 миллиарда световых лет, чтобы быть измеренным IceCube. Он не просто испускает нейтрино — он также является ярким источником радиоизлучения и излучает свет в электромагнитном спектре. (этот блазар находится в направлении левого плеча созвездия Ориона)
Изобилие блазаров
Конечно, TXS 0506+056 — не единственный источник нейтрино (помимо Солнца, например). IceCube обнаружил 19 «горячих точек» на южном небе. По крайней мере, десять из них, скорее всего, блазары. «Результаты впервые предоставляют неопровержимые наблюдательные доказательства того, что подвыборка блазаров PeVatron является внегалактическими источниками нейтрино и, следовательно, ускорителями космических лучей», — сказала Бусон в пресс-релизе.
Фото: universetoday.com
Блазары PeVatron ускоряют частицы как минимум до энергий ПэВ. ПэВ — это сокращение от «пета-электрон-вольт» и составляет 1015 электрон-вольт. Чтобы дать представление о том, насколько это мощно, Большой адронный коллайдер достиг чуть более 1 ПэВ в 2015 году.
Нейтрино и астрономия с несколькими мессенджерами
Эти почти безмассовые, высокоскоростные космические лучи и нейтрино — последние «посланники» из далёкой Вселенной. Долгое время астрономы использовали свет для изучения Вселенной. Но это не единственный мессенджер, который может рассказать нам о звёздах, планетах, галактиках, чёрных дырах и других объектах космического пространства.
Нейтрино, космические лучи и гравитационные волны обеспечивают другие способы передачи ценной информации об удалённых астрофизических событиях и объектах.
По словам члена команды Марко Айелло из Университета Клемсона, астрономия с несколькими мессенджерами неизмеримо расширяет понимание Вселенной. «Это как чувствовать, слышать и видеть одновременно. Вы получите гораздо лучшее понимание», — говорит он. «То же самое верно и в отношении астрофизики, потому что понимание, которое вы получаете в результате многократного обнаружения различных посланников, гораздо более подробное, чем вы можете получить только из света».
Данные, полученные от нейтрино и других посланников из далёкой вселенной, указывают путь к лучшему пониманию таких объектов, как блазары, которые их создают. Теперь члены команды сосредоточатся на том, почему и как блазары ускоряют такие частицы, как нейтрино. Очевидно, что они сами по себе являются чрезвычайно энергетическими объектами.
Блазар TXS 0506+056 — типичное активное ядро галактики, питаемое сверхмассивной чёрной дырой. У него есть релятивистская струя, направленная прямо на Землю, но, к счастью, мы слишком далеко, чтобы пострадать от неё. Вместо этого учёные могут наблюдать, как он генерирует нейтрино. На самом деле это первый известный источник астрофизических нейтрино и очень ранний представитель астрономии с несколькими мессенджерами. Теперь у астрофизиков есть совершенно новый набор объектов, действующих как зонды далёкой Вселенной.