Ученые из ФИАН, МФТИ и ИЯИ РАН установили, что нейтрино высоких энергий рождаются вблизи черных дыр в далеких квазарах

Российские ученые подошли к разгадке проблемы, которая в последние годы занимает умы физиков всего мира. Астрофизики сравнили данные, полученные на нейтринном телескопе IceCube в Антарктиде, с радиоастрономическими наблюдениями активных ядер галактик (квазаров). В результате удалось найти связь между вспышками в них и космическими нейтрино. Согласно современным представлениям, в центрах таких галактик расположены сверхмассивные черные дыры. Во время падения вещества на черную дыру часть потока частиц выбрасывается обратно, ускоряется и рождает нейтрино, которые затем с высокими скоростями летят через всю Вселенную.

Получить результат помогли многолетние измерения более чем тысячи далеких галактик на радиотелескопе РАТАН-600 Специальной астрофизической обсерватории РАН (САО РАН). РАТАН-600 – один из крупнейших радиотелескопов в мире. Благодаря его возможности регистрировать мгновенные радиоспектры космических объектов получен уникальный материал, позволивший установить связь между космическими нейтрино сверхвысоких энергий (более 200 триллионов электрон-вольт) и вспышками в квазарах. Наблюдательный материал проанализирован учеными Физического института им. Лебедева РАН (ФИАН), Московского физико-технического института и Института ядерных исследований РАН.

Результат опубликован в ведущем научном журнале Astrophysical Journal (США) и также доступен в архиве электронных публикаций. Ученые показали, что области, откуда на Землю приходят нейтрино сверхвысоких энергий и в которых расположены яркие квазары, совпадают, а также обнаружили, что такие нейтрино появляются в галактиках во время вспышек радиоизлучения.

«До нас ученые искали источник нейтрино высоких энергий, что называется «под фонарем». Мы же решили проверить нестандартную идею, не особо рассчитывая на успех. Но нам повезло! Многолетние совместные наблюдения на международных решетках радиотелескопов и замечательном российском РАТАНе позволили получить этот интереснейший результат. Именно радиодиапазон оказался ключевым для обнаружения источников нейтрино», – говорит Ю.А. Ковалев из ФИАН.

Нейтрино – загадочные элементарные частицы с крайне малой массой, которые обладают феноменальной способностью свободно проникать сквозь предметы, людей и нашу планету. На этом свойстве нейтрино основан принцип работы обсерватории IceCube в Антарктиде - из всех известных частиц только нейтрино могут пройти Землю насквозь. Нейтрино высоких энергий могут рождаться только с помощью протонов, разогнавшихся почти до скорости света. Нейтринная обсерватория IceCube регистрирует такие нейтрино и измеряет их энергии и направления прихода.

Регистрация нейтрино сверхвысоких энергий в направлении на квазар открывает новый этап развития многоканальной астрономии и может подтвердить идею, что квазары - потенциальные источники таких частиц. Многоканальная астрономия сегодня является одним из самых актуальных направлений науки, которое комплексно изучает электромагнитное излучение, гравитационные волны и элементарные частицы. В настоящее время повышена интенсивность наблюдений далеких галактик на РАТАН-600, так как стало понятно, что такие измерения могут быть ключом к разгадке природы нейтрино. В связи с новыми событиями детектирования нейтрино обсерваторией IceCube в 2020 году наблюдения и анализ нейтринных событий на РАТАН-600 продолжаются.

Опубликовано:
Alexander Plavin, Yuri Y. Kovalev, Yuri A. Kovalev, Sergey Troitsky, Observational Evidence for the Origin of High-energy Neutrinos in Parsec-scale Nuclei of Radio-bright Active Galaxies, 2020, The Astrophysical Journal, Volume 894, Number 2