В далекой-далекой галактике 700 млн лет назад родилось нейтрино, рассказавшее нам о гибели звезды из-за черной дыры


    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

    Selectel
    IT-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 15

      +5

      Странно, что не написали про механизм образования нейтрино сверхвысокой энергии… в данном случае при разрушении звезды.

        –2
        «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.
          0

          Минусы за то, что на ускорителе частиц нейтрино высокой энергии не образуются?

        +2
        «Вероятность обнаружения нейтрино высокой энергии составляет 1 к 500.»
        Если остальные частицы не обнаружены, откуда известно соотношение?
          +1

          На одно нейтрино высокой энергии приходится 500 низких.

            0
            Предположу, что из 500 детекций нейтрино в IceCube (или любом другом детекторе) будет примерно одно событие, существенно отличающееся по мощности.
            +4

            Хм-м-м. А может мне кто-нибудь объяснить, как все эти нейтрино прилетели и одно из них задело детектор и было обнаружено за два месяца до того, как прилетел свет события, зафиксированный оптическими телескопами, если и и нейтрино, и свет распространяются со скоростью света?


            Чисто лишь потому, что нейтрино летело напрямую, не взаимодействуя ни с чем, кроме детектора, а свет летел сквозь межзвёздный газ или подвержен допплеровскому смещению? Я думаю, что понимаю, что на таких расстояниях разница в пару месяцев незначительна, как разница между 99.(9)% и 99.(9)8%, от скорости света, но всё же.

              +3

              Всё же мне кажется просто, что через два месяца обычным телескопом просто посмотрели в ту точку неба, откуда прилетело нейтрино. Пока вычислили эту точку (обработка поступающих данных явно не в реальном времени происходит), пока в графике телескопа нашли окно, пока навели его на нужную точку, пока рассмотрели (экспозиция часами/днями длится может), пока обработали данные с телескопа. Вот и набежало два месяца. А в масштабах события это всё равно мгновение, сама вспышка месяцы видна может быть.

                +4
                Вероятно, всё же задержка, обусловленная разной скоростью распространения высокоэнергетических нейтрино и видимых фотонов. Ведь оптические и радио- вспышки также отстают от гравитационных всплесков, регистрируемых LIGO.
                  +1

                  Насколько я знаю процесс образования сверхновой начинается в ядре звёзды и распространяется к поверхности относительно медленно. Рождающиеся при этом фотоны двигаются не сильно быстрее — звезда для них непрозрачна и они многократно переизлучаются. А вот нейтрино преодолевают участок от ядра до поверхности со скоростью света, отсюда и задержка.

                    –1

                    Это же не сверхновая, а «закуска» для чёрной дырки.

                    +3

                    Скорость распространения света в межзвездном газе ниже скорости света в вакууме, что позволяет высокоэнергетическим нейтрино обгонять электромагнитные волны.

                      0
                      Из-за гравитационного линзирования луч может отклоняться. При некотором везении он может отклониться обратно на другом объекте и прилететь с опозданием
                      Сверхновая Рефсдала
                      –3
                      Не слишком ли много выводов и почти открытий из поимки одного нейтрино? И «подогнанные» под него "другие источники" тоже не могут быть доказательством, если нет повторения такого удачного совпадения.
                      Не, я конечно очень хочу верить, но сомнения гложут. Потому и вопрошаю. :)
                        –8

                        Человечество лишь случайность на одной из множества остывших звезд.
                        Появилось недавно и осталось ему, с таким размножением и загрязнением, немного.
                        Какие там 700млн...

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое