Впечатление на художника от блазар, ускоряващ неутрино и космически лъчи. (Бенджамин Аменд) Някои от най-ярките и енергийни обекти във Вселената са мистериозният източник на високоенергийни космически неутрино , потвърждават нови изследвания.
Цялостният анализ доста убедително свърза галактиките, съдържащи пламтящи ядра, известни като блазари, с тези енигматични частици.
Това е резултат, който предоставя наистина неочаквано решение на проблем, който кара астрофизиците да се чешат по главите от години.
„Резултатите предоставят за първи път неоспорими наблюдателни доказателства, че подизвадката от блазари PeVatron е извънгалактична неутрино източници и следователно ускорители на космически лъчи, каза астрофизикът Сара Бюсън от университета Юлий Максимилиан във Вюрцбург в Германия.
Неутриното са странни малки неща в най-добрите времена. Тези субатомни частици са повсеместни и сред най-разпространените във Вселената.
Въпреки това, тяхната маса е почти нула, те са електрически неутрални и взаимодействат много малко с всичко друго във Вселената. За едно неутрино нормалната материя, от която се състои по-голямата част от Вселената, може също да бъде сянка; ето защо те са известни като призрачни частици.
Ние знаем доста добре откъде идват неутрино – нормалните неутрино.
Те се произвеждат от радиоактивно разпадане, което е доста често срещано явление. Повечето от неутриното, които откриваме на Земята, са странични продукти от ядрени реакции в Слънцето, но те също могат да бъдат произведени от свръхнови, изкуствени ядрени реакции или взаимодействието между космически лъчи и атоми, например.
Но специална обсерватория в Антарктика разкри някои наистина странни.
Въпреки че неутриното не взаимодействат много с нормалната материя, от време на време го правят. Когато взаимодействат с молекули във водни атоми, те могат да произведат много малка светкавична светкавица.
Обсерваторията за неутрино IceCube има детектори, вградени дълбоко в антарктическия лед на южния полюс, които могат да открият тези светкавици. Тези откривания могат да разкрият енергията на неутриното.
През 2012 г. IceCube откри две неутрино които не приличаха на нищо, което някога сме виждали. Техните енергии бяха в скали на петаелектронволт (PeV) – 100 милиона пъти по-енергични от неутрино от свръхнова. И тези високоенергийни неутрино са дошли от междугалактическото пространство, източникът е неизвестен.
Получихме намек за този източник през 2018 г. Тъй като неутриното не си взаимодействат, те почти пътуват по права линия в космоса – така че огромно международно сътрудничество на учени успя дапроследи високоенергийно неутрино обратно до блазар.
Това е ядрото на масивна галактика, захранвана от активен свръхмасив Черна дупка , под ъгъл така честруи от йонизирана материяускорена до точка близка до скоростта на светлината директно на Земята.
„Интересно е, че имаше общ консенсус в общността на астрофизиците, че блазарите е малко вероятно да бъдат източници на космически лъчи, и ето ни тук,“ физикът от Университета на Уисконсин-Медисън Франсис Халцен каза тогава .
Все пак остават някои въпроси относно връзката между блазарите и високоенергийните неутрино. Така че екип от учени, ръководен от Бюсън, направи това, което учените правят: започнаха да копаят.
Те взеха данни за неутрино за цялото небе от IceCube за 7 години и старателно ги сравниха с каталог с 3 561 обекта които са или потвърдени блазари, или е много вероятно да бъдат.
Те извършиха позиционно кръстосано съпоставяне на тези каталози, опитвайки се да определят дали високоенергийните неутрино могат да бъдат окончателно свързани с местата на блазар в небето.
„С тези данни трябваше да докажем, че блазарите, чиито насочени позиции съвпадат с тези на неутриното, не са били там случайно“, обясни астрофизикът Андреа Трамасере на Женевския университет в Швейцария.
„След като хвърлихме заровете няколко пъти, открихме, че случайната асоциация може да надхвърли тази на реалните данни само веднъж на милион опита! Това е силно доказателство, че нашите асоциации са правилни.
Според анализа на екипа, вероятността за случайно събитие е 0,0000006. Това предполага, че поне някои блазари са способни да произвеждат високоенергийни неутрино, което от своя страна помага за решаването на друг проблем. Произходът на високоенергийните космически лъчи – протони и атомни ядра, които текат през космоса със скорост, близка до скоростта на светлината –също е огромна мистерия.
Според Бюсън високоенергийните неутрино се произвеждат изключително в процеси, които включват ускоряване на космическите лъчи. Това означава, чрез извод, че сега можем да свържем блазарите с ускорението на космическите лъчи, каза екипът.
„Процесът на натрупване и въртенето на черната дупка водят до образуването на релативистични струи, където частиците се ускоряват и излъчват радиация до енергия от хиляда милиарда от тази на видимата светлина!“ — каза Трамасер .
„Откриването на връзката между тези обекти и космическите лъчи може да е „розетският камък“ на високоенергийната астрофизика.“
От тук има няколко пътища, които изискват по-нататъшно проучване. Едната е да се опитаме да открием защо някои блазари са ефективни ускорители на частици, докато други не са. Това ще помогне на екипа да разбере какви са характеристиките на фабрика за неутрино и къде другаде в космоса можем да ги намерим.
В допълнение, допълнителни, по-подробни анализи на данни за неутрино могат да доведат до повече открития за родните места на тези особени, призрачни частици.
Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal Letters .