Найпотужніше космічне нейтрино виявили на дні Середземного моря

У лютому 2023 року на глибині 2450 метрів під поверхнею Середземного моря відбулася подія, яка змінила уявлення вчених про високоенергетичну астрофізику. Телескопна мережа KM3NeT зареєструвала космічне нейтрино з енергією 120 петаелектронвольт, що стало абсолютним рекордом за всю історію спостережень. Ця величезна енергія перевищує попередні показники у двадцять разів і відкриває нові можливості для розуміння екстремальних астрофізичних явищ у Всесвіті.

Особливість цього відкриття полягає в тому, що воно відбулося під час будівництва телескопа, коли працювало лише десять відсотків його сенсорів. Обсерваторія KM3NeT розташована біля узбережжя Сицілії з додатковою установкою поблизу Тулона і являє собою революційний підхід до нейтринної астрономії. Підводний телескоп складається з ланцюгів, закріплених на морському дні, кожен з яких оснащений світлочутливими детекторами.

Ці складні сенсори відстежують слабкі спалахи, що виникають при взаємодії нейтрино з молекулами води. На відміну від звичайних детекторів космічних променів, ця система використовує той факт, що електрично нейтральні нейтрино можуть долати величезні відстані через космос без втручання магнітних полів або міжзоряної речовини.

Процес виявлення базується на ідентифікації мюонів, заряджених частинок, які утворюються при зіткненні високоенергетичних нейтрино з атомними ядрами. Подія лютого 2023 року одразу привернула увагу завдяки горизонтальній траєкторії у напрямку Греції та надзвичайній енергетичній характеристиці, що відрізняло її від типових взаємодій космічних променів в атмосфері Землі.

Фізикам довелося провести ретельну перевірку, щоб переконатися, що це не була інструментальна аномалія. Паскаль Койл з Університету Екс-Марсель, який виконує обов'язки представника KM3NeT, наголосив на суворому процесі валідації, необхідному для підтвердження такого надзвичайного вимірювання.

Виявлення в Середземному морі встановлює нові стандарти для досліджень космічних нейтрино. Величезна енергія частинки вказує на походження з найбільш жорстоких процесів, що відбуваються в нашій галактиці та за її межами, можливо, пов'язаних із надмасивними чорними дірами або гамма-спалахами.

Еліза Ресконі, фізик-нейтринник, пов'язана з проєктом IceCube на Південному полюсі, назвала це відкриття колосальним. Обсерваторія IceCube, яка вперше виявила космічні нейтрино у 2012 році, надає цінний контекст для розуміння значення середземноморського прориву.

Зареєстрована горизонтальна траєкторія свідчить про те, що нейтрино походить від віддаленого галактичного джерела, а не від атмосферних взаємодій. Ці геометричні докази підтримують теорії, які пов'язують високоенергетичні нейтрино з екзотичними космічними явищами, потенційно включаючи активні галактичні ядра, що живляться надмасивними чорними дірами, вибухи зірок у віддалених галактиках, залишкові явища гамма-спалахів та взаємодії струменів блазарів з космічною матерією.

Унікальне підводне середовище Середземного моря пропонує переваги порівняно з детекторами на основі льоду, забезпечуючи чіткіші оптичні умови та зменшений фоновий шум. Ця чіткість дозволила точно виміряти характеристики нейтрино, незважаючи на незавершений статус будівництва телескопа.

Розширення детекторної мережі KM3NeT обіцяє революційні досягнення в нейтринній астрономії. З 2023 року дослідники розгорнули дванадцять додаткових детекторних ланцюгів, збільшивши загальну кількість з двадцяти одного до тридцяти трьох робочих одиниць. Це зростання значно покращує можливості виявлення та точність вимірювань.

Розуміння походження нейтрино відповідає на фундаментальні питання про структуру та еволюцію Всесвіту. Ці невловимі частинки, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, несуть інформацію про космічні події, що відбуваються на відстані мільярдів світлових років, фактично виконуючи роль космічних посланців з найекстремальніших середовищ Всесвіту.

Це надзвичайне виявлення демонструє потенціал підводних нейтринних телескопів для революції в космічних дослідженнях. Оптична чіткість Середземного моря та зменшене атмосферне втручання створюють ідеальні умови для виявлення цих невловимих частинок, пропонуючи додаткові можливості до існуючих льодових установок.

Наслідки виходять за межі простої статистики виявлення. Кожне високоенергетичне нейтрино надає унікальну інформацію про механізми космічного прискорення, потенційно розкриваючи, як природа виробляє частинки з енергіями, що перевищують досяжні в земних прискорювачах. Ці знання можуть розкрити таємниці походження космічних променів та структур галактичних магнітних полів.

Майбутні спостереження можуть ідентифікувати конкретні джерела ультрависокоенергетичних нейтрино, що дозволить проводити скоординовані дослідження з оптичними телескопами, рентгенівськими обсерваторіями та детекторами гравітаційних хвиль. Такі підходи мультипосередницької астрономії обіцяють всебічне розуміння найенергетичніших явищ Всесвіту.

Середземноморське виявлення знаменує поворотний момент у нейтринній астрономії, встановлюючи нові енергетичні пороги та підтверджуючи методології підводного виявлення. Коли KM3NeT наближається до повної операційної потужності, вчені очікують виявлення додаткових рекордних подій, які далі прояснять космічні процеси, відповідальні за прискорення частинок до надзвичайних енергій у нашому Всесвіті.