У Чумацькому Шляху знайшли численні джерела нейтрино і склали нову карту галактики

Революційний знімок було зроблено шляхом захоплення нейтрино, коли вони проходили через нейтринну обсерваторію IceCube. Це гігантський детектор, захований глибоко в льодах Південного полюса.

Дивіться також Відкрито новий стан матерії: це може призвести до створення квантової пам'яті

Деталі

Нейтрино отримали свою назву через те, що їхній неіснуючий електричний заряд і майже нульова маса означають, що вони майже не взаємодіють з іншими типами матерії. Нейтрино можуть проходити крізь звичайну матерію зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Однак, сповільнивши їх, фізики нарешті простежили походження частинок за мільярди світлових років до давніх катастрофічних зоряних вибухів і зіткнень космічних променів.

Можливості високочутливого детектора IceCube у поєднанні з новими інструментами аналізу даних дали нам абсолютно новий погляд на нашу галактику, на який раніше можна було лише натякати. Оскільки ці можливості продовжують вдосконалюватися, ми можемо з нетерпінням чекати на те, як ця картина з'являтиметься з постійно зростаючою роздільною здатністю, потенційно розкриваючи приховані особливості нашої галактики, яких ніколи раніше не бачило людство,
– каже Деніз Колдуелл, директорка фізичного відділу Національного наукового фонду, який фінансував дослідження.

Як зловити частинку-примару

Щосекунди через кожен квадратний сантиметр вашого тіла проходить близько 100 мільярдів нейтрино. Ці крихітні частинки є скрізь — вони утворюються у вогні зірок, у величезних вибухах наднових, під дією космічних променів і радіоактивного розпаду, а також у прискорювачах частинок і ядерних реакторах на Землі. Нейтрино, які вперше були виявлені при виході з ядерного реактора в 1956 році, поступаються лише фотонам як найпоширеніші субатомні частинки у Всесвіті.

Попри їхню поширеність, мінімальна взаємодія беззарядних і майже безмасових частинок з іншою матерією робить нейтрино неймовірно складними для виявлення. Багато відомих експериментів з виявлення нейтрино зафіксували постійне бомбардування нейтрино, що надходять до нас від Сонця, але цей каскад також маскує нейтрино з інших, більш незвичних джерел, таких як вибухи гігантських зірок, що називаються надновими, та зливи частинок, що утворюються під дією космічних променів.

Щоб вловити нейтрино, фізики елементарних частинок звернулися до IceCube, розташованого на станції Південний полюс Амундсена-Скотта в Антарктиді. Гігантський детектор складається з понад 5 000 оптичних датчиків, нанизаних на 86 ниток, які звисають в отвори, просвердлені на глибині 2,5 кілометра в антарктичному льоду.

Вид на одну з 86 ниток детекторів IceCube / Фото NSF/B. Gudbjartsson

Хоча багато нейтрино проходять крізь Землю абсолютно безперешкодно, вони іноді взаємодіють з молекулами води, створюючи побічні продукти — мюони, які можна спостерігати у вигляді спалахів світла на датчиках детектора. За візерунками, які створюють ці спалахи, вчені можуть реконструювати енергію, а іноді й джерела нейтрино.

Знаходження початкової точки нейтрино залежить від того, наскільки чітко його напрямок зафіксовано в детекторі. Деякі з них мають дуже очевидні початкові напрямки, тоді як інші створюють каскадні "нечіткі світлові кульки", які затьмарюють їхнє походження.

Задавши понад 60 000 виявлених нейтринних каскадів, зібраних за 10 років, в алгоритм машинного навчання, фізики створили приголомшливу картину: зображення з блакитним відтінком, що показує джерела нейтрино по всій нашій галактиці.

Два зображення галактики Чумацький Шлях. Верхнє зроблено за допомогою видимого світла, а нижнє — за допомогою нейтрино / IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier))

Наша галактика в різних спектрах спостереження: радіо, оптичний, гамма-промені та нейтрино / Скриншот 24 Каналу

Карта показала, що нейтрино в переважній більшості виробляються в регіонах з раніше виявленим високим рівнем гамма-випромінювання, підтверджуючи минулі підозри, що багато частинок-привидів виникають як побічні продукти космічних променів, що розбиваються об міжзоряний газ. Картування нейтрино дало нам абсолютно новий спосіб зазирнути у Всесвіт. Тепер настав час побачити, що ми там знайдемо.

Схематичне зображення положення карти галактики відносно Землі / Скриншот 24 Каналу