Революционный снимок был сделан захватом нейтрино, когда они проходили через нейтринную обсерваторию IceCube. Это гигантский детектор, скрытый глубоко во льдах Южного полюса.
Смотрите также Открыто новое состояние материи: это может привести к созданию квантовой памяти
Подробности
Нейтрино получили свое название потому что их несуществующий электрический заряд и почти нулевая масса означают, что они почти не взаимодействуют с другими типами материи. Нейтрино могут проходить сквозь обычную материю со скоростью, близкой к скорости света. Однако, замедлив их, физики наконец проследили происхождение частиц за миллиарды световых лет до давних катастрофических звездных взрывов и столкновений космических лучей.
Возможности высокочувствительного детектора IceCube в сочетании с новыми инструментами анализа данных дали нам совершенно новый взгляд на нашу галактику, на которую раньше можно было только намекать. Поскольку эти возможности продолжают совершенствоваться, мы можем с нетерпением ждать того, как эта картина будет появляться с постоянно растущим разрешением, потенциально раскрывая скрытые особенности нашей галактики, которых никогда раньше не видело человечество,
– говорит Дениз Колдуэлл, директор физического отдела Национального научного фонда, финансировавшего исследования.
Как поймать частицу-призрака
Ежесекундно через каждый квадратный сантиметр вашего тела проходит около 100 миллиардов нейтрино. Эти крошечные частицы есть везде – они образуются в огне звезд, в огромных взрывах сверхновых, под действием космических лучей и радиоактивного распада, а также в ускорителях частиц и ядерных реакторах на Земле. Нейтрино, впервые обнаруженные при выходе из ядерного реактора в 1956 году, уступают только фотонам как самые распространенные субатомные частицы во Вселенной.
Несмотря на их распространенность, минимальное взаимодействие беззарядных и безмассовых частиц с другой материей делает нейтрино невероятно сложными для обнаружения. Многие известные эксперименты по обнаружению нейтрино зафиксировали постоянную бомбардировку поступающих к нам от Солнца нейтрино, но этот каскад также маскирует нейтрино из других, более необычных источников, таких как взрывы гигантских звезд, называемых сверхновыми, и ливни частиц, образующихся под действием космических лучей.
Чтобы уловить нейтрино, физики элементарных частиц обратились в IceCube, расположенный на станции Южный полюс Амундсена-Скотта в Антарктиде. Гигантский детектор состоит из более 5 000 оптических датчиков, нанизанных на 86 свисающих в отверстия ниток, просверленных на глубине 2,5 километра в антарктическом льду.
Вид на одну из 86 нитей детекторов IceCube / Фото NSF/B. Gudbjartsson
Хотя многие нейтрино проходят сквозь Землю совершенно беспрепятственно, они иногда взаимодействуют с молекулами воды, создавая побочные продукты – мюоны, которые можно наблюдать посредством вспышек света на датчиках детектора. По узорам, создающим эти вспышки, ученые могут реконструировать энергию, а иногда и источники нейтрино.
Нахождение начальной точки нейтрино зависит от того, насколько четко его направление зафиксировано в детекторе. Некоторые из них имеют очень очевидные начальные направления, в то время как другие создают каскадные "нечеткие световые шарики", омрачающие их происхождение.
Задав более 60 000 обнаруженных нейтринных каскадов, собранных за 10 лет, в алгоритм машинного обучения, физики создали потрясающую картину: изображение с голубым оттенком, показывающее источники нейтрино по всей нашей галактике.
Два изображения галактики Млечный Путь. Верхнее сделано с помощью видимого света, а нижнее — с помощью нейтрино / Ece (S. Brunier)
Наша галактика в различных спектрах наблюдения: радио, оптический, гамма-лучи и нейтрино / Скриншот 24 Канала
Карта показала, что нейтрино в подавляющем большинстве производятся в регионах с ранее выявленным высоким уровнем гамма-излучения., подтверждая прошлые подозрения, что многие частицы-призраки возникают как побочные продукты космических лучей, разбивающихся о межзвездный газ. Картирование нейтрино дало нам совершенно новый способ заглянуть во Вселенную. Теперь пора увидеть, что мы там найдем.
Схематическое изображение положения карты галактики по отношению к Земле / Скриншот 24 Канала
