Случилось это во время уничтожения звезды черной дырой, рядом с которой эта звезда оказалась. В итоге образовалось высокоэнергетическое нейтрино, которое стало настоящим подарком для земной науки. Один из важных выводов, которые можно сделать — подобные явления являются природными ускорителями и генераторами элементарных частиц, причем очень мощными.
Пройдя безумные по нашим меркам расстояния, нейтрино в октябре 2020 года достигло Южного Полюса, где и было зарегистрировано детектором элементарных частиц. Эта сложная система размещена прямо подо льдом, она служит для обнаружения высокоэнергетических частиц, приходящих к нам издалека. Спустя несколько месяцев телескоп в Калифорнии смог «увидеть» вспышку света в той самой галактике, о которой говорится в заголовке, и откуда пришло нейтрино.
Ученые считают, что эти два события тесно связаны. С высокой степенью вероятности можно говорить о том, что черная дыра уничтожила оказавшуюся рядом звезду. Ну а проявления этой встречи мы увидели и зарегистрировали. Вполне может быть, что именно такие события являются источником потоков космических частиц сверхвысокой энергии, над происхождением которых ученые уже много десятилетий ломают головы.
«Происхождение высокоэнергетических нейтрино является научной загадкой. В основном, потому, что сами нейтрино не так-то просто поймать и изучить», — заявил один из авторов исследования, Сьерт ван Велзен из Нью-Йоркского университета.
Нейтрино — самая распространенная частица во Вселенной, которая чрезвычайно редко взаимодействует с любым видом материи. Каждую секунду через нас проходит множество этих частиц, никак не реагируя на происходящее. Айзек Азимов назвал нейтрино «призрачной частицей атома» именно поэтому.
И как раз потому, что нейтрино редко взаимодействует с материей, эти частицы очень трудно обнаружить. Но если уж есть взамодействие, то оно дает много информации. В частности, можно получить некоторые подсказки о далеких, очень далеких системах. Эти подсказки, вместе с результатами наблюдения при помощи доступных нам инструментов, позволяют расширить объем знаний о Вселенной.
Большая часть нейтрино, которые проходят через Землю, генерируются Солнцем. Но есть и частицы, которые попадают к нам очень издалека. Вот как это нейтрино из галактики, которая находится от нас на расстоянии многих световых лет. По словам исследователей, нейтрино начало свой путь из галактики в созвездии Дельфин.
Звезды умирают из-за черных дыр не так часто, но астрономы уже наблюдали это явление. Происходит оно после того, как блуждающая звезда подходит достаточно близко к черной дыре и оказывается в гравитационной ловушке. В итоге звезду просто разрывает на части, и большая часть ее материи поглощается соседом.
Событие, которое получило номер AT2019dsg, спровоцировано воздействием сверх-массивной черной дыры, масса которой в 30 млн раз больше массы Солнца. Сверхмассивная черная дыра Млечного Пути, к слову, тяжелее Солнца «лишь» в 4 млн раз. Этот объект прекрасно виден в рентгеновском диапазоне, также его можно обнаружить и при помощи радиотелескопов. Само событие называется «событие приливного разрушения» и хорошо известно ученым. Событие приливного разрушения (tidal disruption event, TDE) представляет собой астрономическое явление, которое происходит, когда звезда приближается достаточно близко к горизонту событий сверхмассивной чёрной дыры и разрывается на части приливными силами чёрной дыры, претерпевая спагеттификацию.
«Идея черной дыры, засасывающей расположенную поблизости звезду, звучит как научная фантастика. Но именно это и происходит во время приливного разрушения», — заявил Томаса Веверса (Thomas Wevers) из Института астрономии Кембриджского университета после регистрации одного из таких разрывов.
В 2018 году ученые объявили о получении первого в истории астрономии изображения последствий разрыва звезды черной дырой, масса которой составляет 20 млн масс Солнца. Событие зафиксировано в регионе Arp 299, который находится в 150 млн световых лет от Земли. Осенью 2020 года астрономы зафиксировали еще одно такое явление, результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Станция по обнаружению нейтрино на Южном Полюсе Земли
Вероятность обнаружения нейтрино высокой энергии составляет 1 к 500. И сейчас астрономы зафиксировали первую в истории частицу, которая образовалась в результате события приливного разрушения. «Обнаружение нейтрино указывает на существование природного генератора элементарных частиц возле аккреционного диска. А комбинированный анализ данных с радио, оптических и ультрафиолетовых телескопов дает нам дополнительные доказательства того, что TDE действует как гигантский ускоритель частиц», — заявил автор исследования.
Примечательно во всем этом еще и то, что исследование проводилось с учетом сразу нескольких источников информации о событии — детекции частицы и непосредственных наблюдений за определенным регионом Вселенной. Комбинированные наблюдения — мощный инструмент в руках астрономов. Так, если бы ученые просто зафиксировали нейтрино, это практически ничего не дало бы науке. Обнаружение события приливного разрушения — примечательно, но, как уже говорилось выше, не является чем-то исключительным. А вот обнаружение события с последующей поимкой нейтрино многое дало науке — ведь теперь становится понятно, откуда берутся высокоэнергетические частицы, пусть не все, но хотя бы часть.
Ученые надеются на то, что в будущем удастся увидеть не только верхушку айсберга, образно говоря, но и весь айсберг, то есть — астрономы смогут понять, откуда берутся частицы высоких и сверхвысоких энергий. Для этого сейчас строится новое поколение телескопов, которые позволяют отслеживать регионы с TDE и изучать последствия таких событий. Кроме того, создание мощного детектора нейтрино IceCube увеличит количество поимок нейтрино высоких энергий минимум в 10 раз.
DOI: Nature Astronomy, 2021. 10.1038/s41550-020-01295-8
DOI: Nature Astronomy, 2021. 10.1038/s41550-021-01305-3
