«Призрачные частицы»: «ледяная обсерватория» обнаружила нейтрино, летящие к нам от Млечного Пути

Ученые из антарктической обсерватории IceCube сделали важнейшее открытие в области астрономии и физики. Проанализировав собранные за последние 10 лет данные, они обнаружили, что источником неуловимых частиц нейтрино, образующихся в недрах звезд и несущихся к Земле в виде космических лучей с почти световой скоростью, является... Млечный Путь.

Нашу Землю ежесекундно бомбардируют космические лучи, состоящие из бессчетного количества частиц, протонов и нейтронов, разогнанных мощными электромагнитными полями почти до световых скоростей. Движение этих лучей хаотично, и определить их точный источник практически невозможно. Но по пути частицы эти сталкиваются с газом и пылью в межзвездном пространстве, оставляя после себя след в виде еще более мелких частиц, пионов.

Нейтральные версии пионов мгновенно испаряются во вспышке гамма-излучения, которая хорошо заметна современным приборам. Благодаря этому астрономы уже составили приблизительную карту месторождения космических лучей в нашей галактике.

Однако, чтобы получить более точную картину, ученые (результаты их исследований опубликованы в издании Science) сделали ставку на продукт распада других, заряженных пионов, которые при этом дают нечто иное – обладающие высокой энергией, но практически не имеющие массы нейтрино, или призрачные частицы.

Они настолько неуловимы, что само их существование долгое время оставалось под вопросом. Однако их все же можно зафиксировать, когда они лоб в лоб сталкиваются с атомным ядром.

«Нейтрино — призрачные частицы, они практически не имеют массы, движутся со скоростью света и могут пересечь всю галактику напрямую, так ни разу ни с чем и не столкнувшись. Вот почему, чтобы разглядеть их, требуется огромный детектор», — пояснил в интервью Би-би-си профессор Оксфордского университета Субир Саркар.

И такой детектор в распоряжении астрофизиков есть. Это антарктическая обсерватория IceCube (Ледяной куб), которая состоит из тысяч датчиков, опущенных на километровую глубину в толщу льда в районе южного полюса.

Каждый раз, когда нейтрино врезается в один из атомов в молекулах льда, это столкновение фиксируется датчиком.

«По сути, зная, в какой момент и на каком именно из датчиков зарегистрировано столкновение, мы можем реконструировать направление, с которого прилетела эта частица», — говорит профессор Саркар.

Процесс регистрации этих столкновений потребовал от ученых большого терпения, однако в итоге астрономы получили пусть и несколько расплывчатую, но полную картину Млечного Пути, состоящую исключительно из призрачных частиц.

«Мы уже видели эту карту в самых разных диапазонах, таких как радиоволны и гамма-излучение, но это всегда была та или иная разновидность электромагнитного излучения, — пояснила в интервью Би-би-си профессор физики Дрексельского университета в Филадельфии Наоко Курахаси Нельсон, принимавшая участие в проекте IceCube. — Это первая карта нашей галактики, представленная в виде нейтрино. И это означает, что теперь мы начнем лучше понимать физические процессы, происходящие в Млечном Пути».