Удалось найти связь между космическими нейтрино и вспышками в центрах далеких активных галактик

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, Московского физико-технического института и Института ядерных исследований РАН установили, что нейтрино высоких энергий рождаются вблизи черных дыр в далеких квазарах. Астрофизики сравнили данные, полученные нейтринным телескопом IceCube в Антарктиде, с радиоастрономическими наблюдениями квазаров. В результате удалось найти связь между космическими нейтрино и вспышками в центрах далеких активных галактик. Согласно современным представлениям ученых, в центрах таких галактик расположены сверхмассивные черные дыры. Во время падения вещества на черную дыру часть потока частиц выбрасывается обратно, ускоряется и рождает нейтрино, которые затем со скоростью света летят через всю Вселенную. Об исследовании сообщается в совместном пресс-релизе трех институтов.

Нейтрино высоких энергий могут рождаться только с помощью протонов, разогнавшихся почти до скорости света. Нейтринная обсерватория IceCube, начавшая работу в 2010 году, регистрирует такие нейтрино и измеряет их энергии и направления прихода. Астрофизики решили сфокусироваться на анализе происхождения нейтрино сверхвысоких энергий — более 200 триллионов электрон-вольт. Авторы сравнили измерения телескопа IceCube с многочисленными наблюдениями неба в радиодиапазоне и установили, что эти нейтрино образуются в центрах квазаров — активных ядрах галактик с массивными черными дырами, аккреционными дисками и выбросами очень горячего газа. Более того, найдена связь между рождением нейтрино и вспышками радиоизлучения в этих активных галактиках.

«Наш результат говорит о том, что нейтрино высоких энергий рождаются в активных ядрах галактик, причем именно в моменты вспышек радиоизлучения. Поскольку и эти частицы, и радиоволны распространяются по Вселенной со скоростью света, мы "видим" их на Земле одновременно», — рассказал аспирант Александр Плавин из ФИАН и МФТИ. Далеко не каждому везет получить такой результат уже на старте научной карьеры.

Статья российских астрофизиков опубликована в авторитетном журнале Astrophysical Journal (работа также доступна в архиве препринтов). Авторы исследования на первом этапе показали, что направления, откуда на Землю приходят нейтрино сверхвысоких энергий, совпадают с положением ярких квазаров по данным сети радиотелескопов всего мира. На втором этапе физики решили проверить гипотезу о том, что нейтрино сверхвысоких энергий появляются в галактиках во время вспышек радиоизлучения. Для этого они использовали данные российского телескопа РАТАН-600, расположенного на Северном Кавказе, в Карачаево-Черкессии. Всего было проанализировано около полусотни нейтрино высоких энергий, зарегистрированных IceCube. Ранее источники таких нейтрино искали преимущественно в гамма-лучах, поскольку считалось, что нейтрино должны рождаться вместе с гамма-излучением. 

«До нас ученые искали источник нейтрино высоких энергий, что называется, "под фонарем". Мы же решили проверить нестандартную идею, не особо рассчитывая на успех. Но нам повезло! Многолетние совместные наблюдения на международных решетках радиотелескопов и замечательном российском РАТАНе позволили получить этот интереснейший результат. Именно радиодиапазон оказался ключевым для обнаружения источников нейтрино», — говорит Юрий Ковалев из ФИАН и МФТИ.

«Поначалу результат мне показался "слишком хорошим", но, проведя детальный анализ данных и многочисленные проверки, мы подтвердили явную связь  нейтринных событий с радиоизлучением, которую затем проверили по многолетним измерениям вспышек излучения на радиотелескопе РАТАН-600 Специальной астрофизической обсерватории. Вероятность того, что этот результат случайный, составляет всего 0,2 %. Это большой успех в нейтринной астрофизике, и теперь наше открытие требует теоретического объяснения», — заключает Сергей Троицкий из ИЯИ РАН.

Ученые собираются проверить свой результат и разобраться с механизмом рождения нейтрино в квазарах с помощью данных телескопа Baikal-GVD, который в настоящее время достраивается на Байкале и уже начал набор данных. Как в IceCube, так и в Baikal-GVD используются водные «черенковские» детекторы: большой объем воды (льда) позволяет увеличить число детектируемых нейтрино и одновременно защититься от случайных срабатываний детектора. Понятно, что без продолжающего свои наблюдения далеких галактик РАТАН-600, что близ известного многим Архыза, тоже никак не обойтись.