Новая астрономия из Антарктиды

Впервые в истории зарегистрированы нейтрино, пришедшие не из Солнечной системы, а из дальних глубин Вселенной

Детектор обсерватории IceCube, размещенный под многометровой толщей льда

Фотография: B. Gudbjartsson/NSF

Впервые в истории науки зарегистрированы нейтрино, пришедшие не из Солнечной системы. 28 нейтрино, которые были рождены со сверхвысокими энергиями, обнаружены подледной нейтринной обсерваторией IceCube и, по мнению ученых, представляют собой первый шаг к совершенно новому разделу астрономии.

Нейтринная обсерватория IceCube — кубометр антарктического льда, напичканный более чем 5 тысячами сверхчувствительных фотодетекторов и прикрытый сверху полуторакилометровым ледяным щитом. Установка зафиксировала сверхэнергичные нейтрино, родившиеся вдали от Солнца и Солнечной системы вообще. Об этом Натан Уайтхорн, научный сотрудник IceCube, сообщил накануне в ходе симпозиума по астрофизике частиц. По его словам, за период с мая 2010-го по май 2012 года детекторы обсерватории зарегистрировали 28 таких пришельцев издалека.

Подобно тому как открытие бозона Хиггса оправдало создание Большого адронного коллайдера, поскольку именно для этой цели его и строили, обнаружение внесолнечных нейтрино оправдало существование обсерватории IceCube.

Создавая ее, астрофизики одной из главных целей ставили именно обнаружение внесолнечных нейтрино. Фрэнсис Хальзен, научный руководитель проекта IceCube, связывает это открытие с началом новой эры в астрономии.

Каждую секунду земной шар пронизывают миллиарды нейтрино (см. врез), и в основном это те частицы, которые родились либо в солнечных недрах, либо в верхних слоях земной атмосферы при столкновении с нею космических лучей. Те, что пришли издалека, и особенно те, что рождаются в процессах значительно более бурных, чем процессы, идущие внутри Солнца, встречаются намного реже. Благодаря тому что эти безмассовые (или почти безмассовые) частицы очень редко взаимодействуют с материей, они могут рассказать физикам о происходивших вдали событиях — о гамма-вспышках, о черных дырах, о рождении звезд…

До сих пор ни одной такой частицы обнаружено не было, хотя IceCube регистрирует в год около 30 тысяч «событий» из окрестностей Земли, по одному на каждые 20 минут.

Все 28 частиц, о которых идет речь, обладали энергией слишком высокой, чтобы иметь местное происхождение. Энергия каждой из них превышала 30 тераэлектронвольт, а о двух из них, обнаруженных в апреле прошлого года, с энергией выше петаэлектронвольта (то есть тысячи тераэлектронвольт), вскоре появится статья в журнале Physical Review Letters.

По словам Уайтхорна, говорить о том, откуда пришли эти частицы и в каких процессах они родились, преждевременно, такие события очень трудно анализировать, и здесь как минимум нужна куда более серьезная статистика.

Особенно это касается двух частиц с энергией выше петаэлектронвольта, которые были зарегистрированы в апреле 2012 года. Их открытие тогда очень взбудоражило физиков, частицам даже дали имена – Берт и Эрни.

Обнаружить нейтрино, родившиеся вдали от Солнечной системы, астрофизики мечтали давно, чуть ли не с тех самых пор, как научились их регистрировать. Поначалу многим казалось, что это не так уж и сложно, и только позже, с опытом, пришло понимание, что это можно сделать только на громадных ловушках и необходимы масштабные обсерватории наподобие IceCube. Обсерваторию строили пять лет, и только в декабре 2010 года она была полностью завершена, хотя работать начала значительно раньше. Это международный проект, возглавляемый Университетом Висконсин-Мэдисон и объединяющий 250 физиков и инженеров из США, Германии, Швеции, Бельгии, Швейцарии, Японии, Канады, Новой Зеландии, Австралии и Великобритании. Россия в этом проекте не участвует.