Нейтрино с энергией в 10 с лишним раз больше ранее наблюдавшихся высокоэнергетических частиц был зафиксирован 13 февраля 2023 года у побережья Сицилии. Примечательно, что KM3NeT все еще строится: на момент события работала лишь 21 линия детекторов — порядка 10% от конечной конфигурации. Но даже в таком «урезанном» режиме установка заметила сигнал, резко выделявшийся на фоне обычных событий.
Происхождение частицы стало загадкой для ученых. Один из классических сценариев — такие нейтрино появляются при взаимодействии ультравысокоэнергетических космических лучей с космическим микроволновым фоном, реликтовым излучением ранней Вселенной. Альтернативная гипотеза, которую подробно проверили авторы новой работы, — что нейтрино родился в мощных астрофизических ускорителях, например, в блазарах.
Блазары — это активные ядра галактик, в которых сверхмассивная черная дыра разгоняет струи плазмы почти до скорости света. Именно в этих джетах частицы могут набирать экстремальные энергии, потенциально достаточные для рождения нейтрино такого масштаба.
В обычной ситуации астрономы ищут электромагнитный «сопровождающий» сигнал — вспышки гамма‑, рентгеновского, оптического или радиоизлучения из той же области неба в то же время. В данном случае ничего подозрительного найдено не было, что подтолкнуло ученых к идее, что частица могла появиться от большой популяции блазаров, а не от одного драматического космического события.
Авторы работы использовали открытый симулятор AM3, чтобы смоделировать реалистическое население блазаров с параметрами, основываясь на уже измеренных значениях, в том числе, напряженности магнитного поля и размера областей излучения вокруг черных дыр.
Ключевыми настраиваемыми величинами стали барионная нагрузка (доля энергии, которая приходится на протоны относительно электронов) и спектральный индекс протонов, определяющий, насколько далеко по энергиям они могут «разогнаться». Для каждого варианта моделировали и поток нейтрино, и сопутствующее гамма‑излучение, а затем сверяли с данными нейтринных обсерваторий (KM3NeT, IceCube) и гамма‑телескопа Fermi.
Модель популяции блазаров должна была удовлетворить сразу нескольким условиям:
- обеспечить хоть одну настолько высокоэнергичную частицу за наблюдаемый период,
- не приводить к «перепроизводству» нейтрино, которое увидели бы другие установки,
- не давать избытка гамма‑квантов сверх того фона, что измеряет Fermi.
Авторам удалось подобрать физически правдоподобные параметры, при которых все три условия выполняются. То есть, реалистичная популяция блазаров в принципе способна породить зарегистрированный нейтрино, не вступая в противоречие с текущими наблюдениями.
Однако это пока не доказательство, а наиболее правдоподобный на сегодня сценарий. Детектор KM3NeT/ARCA еще далек от завершения, и единственное событие такого рода не позволяет делать окончательный выбор между конкурирующими теориями. По мере достройки детектора и накопления статистики ученые рассчитывают получить новые ультраэнергичные нейтрино и уже на их ансамбле провести более строгие проверки моделей.
Если в будущем связь с блазарами подтвердится, это серьезно расширит наше понимание того, насколько мощными могут быть космические ускорители при сверхмассивных черных дырах — и до каких энергий они способны разгонять частицы, далеко выходя за пределы нынешних ожиданий и возможностей земных коллайдеров.
Ранее ученые обнаружили блазар с «кривым» джетом, испускающий гамма-лучи в сторону Земли.
Источник: hi-tech.mail.ru