С помощью гигантского детектора, спрятанного в глубинах антарктического льда у Южного полюса, ученым удалось впервые зафиксировать нейтрино, исходящие из недр нашей родной галактики — Млечного пути. Это открытие открывает новые возможности для изучения скрытых и таинственных процессов во Вселенной с помощью частиц, а не только света.
Ловушка для призраков
Детектор частиц, который сделал это открытие возможным, называется IceCube (Ледяной куб). Он представляет собой кубический километр льда над поверхностью Антарктиды, в котором размещены тысячи датчиков — цифровых оптических модулей (DOM). Каждый модуль содержит фотоумножительную трубку (ФЭУ) и компьютер для обработки данных.
Лаборатория Ice Cube под сиянием Млечного пути.
IceCube работает как огромный телескоп для нейтрино — частиц, которые могут проникать через любые препятствия на своем пути и достигать Земли из самых отдаленных уголков космоса. Нейтрино постоянно бомбардируют нашу планету из разных источников: Солнца, атмосферы, других звезд и галактик. Но лишь изредка одно из них сталкивается с атомом в льду и вызывает вспышку света, которую регистрируют датчики IceCube. Эта вспышка называется черенковским излучением и позволяет определить направление, энергию и тип нейтрино.
IceCube начали строить в 2005 году и он был завершен в 2010 году. С тех пор он постоянно собирает данные о нейтрино, приходящих к нам из разных частей Вселенной. Однако большинство из них имеют низкую энергию и не представляют особого интереса для астрофизиков. Гораздо более ценными являются высокоэнергетические нейтрино, которые могут свидетельствовать о самых мощных и необычных явлениях в космосе, таких как черные дыры, сверхновые звезды, квазары и гамма-всплески.
Путешественники из Млечного пути
В 2013 году IceCube объявил об обнаружении 28 высокоэнергетических нейтрино, которые, скорее всего, имели астрофизическое происхождение, то есть были созданы за пределами нашей солнечной системы. Это было первое доказательство существования так называемых астронейтрино — частиц, которые могут рассказать нам, что происходит в далеких уголках Вселенной.
Однако ученым было неизвестно, откуда именно пришли эти астронейтрино. Они могли быть созданы как в нашей галактике — Млечном пути, так и за его пределами. Для того чтобы разобраться в этом вопросе, команда IceCube использовала методы машинного обучения для анализа десятилетних данных, отбирая нейтрино, которые имели направление, соответствующее внутренним областям Млечного пути.
В результате они обнаружили около 40 нейтрино, которые с высокой вероятностью исходили из нашей галактики. Это было первое подтверждение того, что Млечный путь является источником высокоэнергетических нейтрино. Это открытие было опубликовано в журнале «Science».
Одним из наиболее захватывающих аспектов этого открытия является возможность узнать больше о происхождении космических лучей. Космические лучи — субатомные частицы, которые движутся по Вселенной со скоростью почти света. И хотя их изучают уже более столетия, многое о них остается загадкой.
