Вперше отримано зображення "частинок-привидів" галактики Чумацький Шлях: детектор IceCube виявив нейтрино

Астрономи здійснили справжній прорив, вперше в історії виявивши високоенергетичні нейтрино вздовж галактичної площини, або смуги Чумацького Шляху в нічному небі. Високоенергетичні нейтрино, енергія яких в мільйони і мільярди разів перевищує енергію нейтрино, що утворюються в результаті термоядерних реакцій, які живлять зірки, були виявлені нейтринною обсерваторією IceCube, гігатонним детектором, що працює на Південній полярній станції Амундсена-Скотта.

Про результати дослідження вчені розповіли в журналі Science. Нейтрино – субатомні частинки, які рухаються зі швидкістю світла і не мають маси.

IceCube – унікальний у своєму роді детектор, що охоплює кубічний кілометр глибокого антарктичного льоду, оснащений понад 5000 світловими датчиками. Він дозволяє фіксувати ознаки високоенергетичних нейтрино, що походять з нашої галактики і за її межами, аж до найвіддаленіших куточків Всесвіту. Детектор стежить за унікальними спалахами світла, які виникають у рідкісних випадках, коли нейтрино врізаються в атоми.

"Можливості високочутливого детектора IceCube у поєднанні з новими інструментами аналізу даних дали нам абсолютно новий погляд на нашу галактику – той, на який раніше можна було лише натякати", – розповів директор відділу фізики Національного наукового фонду США Деніз Колдуелл.

Нейтрино надзвичайно важко виявити, оскільки вони рідко стикаються з атомами. Свинець завтовшки у світловий рік зупинить лише близько половини нейтрино, що пролітають крізь нього. Це пояснює, чому нейтрино отримали назву "частинки-привиди".

Нейтрино утворюються в результаті радіоактивного розпаду, такого, який відбувається у ядерних реакторах, або коли частинки надзвичайно високої енергії вдаряються об атоми. Найбільш жваві типи нейтрино мають енергію в мільйони й мільярди разів вищу, ніж та, що утворюється в реакціях термоядерного синтезу, що живлять зірки.

Відомо, що високоенергетичні нейтрино походять з галактик за межами Чумацького Шляху. Але дослідники вже давно підозрюють, що наша власна галактика також є їхнім джерелом. Наприклад, коли космічні промені – атомні ядра, що рухаються майже зі швидкістю світла – вдаряються об пил і газ, вони генерують як гамма-промені, так і високоенергетичні нейтрино.

Попередні дослідження виявили гамма-промені з площини Чумацького Шляху, тому вчені очікували високоенергетичні нейтрино також і звідти. Натяки на таке випромінювання були, але це вперше, коли вченим вдалося зафіксувати явище.

Дослідницька група зосередилася на площині Чумацького Шляху, щільній області галактики, яка лежить вздовж екватора Чумацького Шляху. Вони вивчили 10-річні дані IceCube, проаналізувавши 60 000 нейтрино – в 30 разів більше, ніж попередні нейтринні сканування галактичної площини.

Під час свого дослідження вчені також використовували технологію штучного інтелекту, яка допомогла їм виділити нейтрино, що надходять з далеких відстаней від фону нейтрино, що утворюється внаслідок зіткнень космічних променів з молекулами в атмосфері Землі.

Врешті їм вдалося виявити високоенергетичні нейтрино, які, ймовірно, прийшли з галактичної площини Чумацького Шляху.

"Це спостереження високоенергетичних нейтрино відкриває абсолютно нове вікно для вивчення властивостей нашої галактики", – цитує Space.com співавтора дослідження, фізика астрочастинок з Дортмундського технічного університету в Німеччині Мірко Хюеннефельда.

За його словами, отримані результати допомогли вченим досягти "нової віхи в нейтринній астрономії".

Хоча результати свідчать про те, що новознайдені нейтрино походять з нашої галактики, IceCube наразі недостатньо чутливий, щоб точно визначити їхні джерела. За словами Хюеннефельда, вони можуть з'являтися дифузно, або значна їх кількість може походити з певних точок неба.

Як зазначив науковець, у найближчі роки IceCube отримає модернізацію детектора, "яка ще більше підвищить його чутливість, що дозволить нам отримати більш чітку картину Чумацького Шляху в нейтрино в найближчому майбутньому".

Раніше OBOZREVATEL також розповідав, що вчені вперше побачили парне самогубство зірок, яке навіть не могли уявити.

Підписуйтесь на канали OBOZREVATEL у Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.