Зарегистрированы нейтрино рекордно высоких энергий

Нейтринная обсерватория IceCube, находящаяся в Антарктиде на станции «Амундсен — Скотт» на глубине от полутора до двух с половиной километров, в 2011–2012 годах зарегистрировала два нейтрино необычайно высоких энергий — 1,04 ± 0,16 и 1,14 ± 0,17 ПэВ. Их обнаружение потребовало длительного анализа, законченного коллаборацией IceCube только сейчас.

Элементы нейтринного детектора IceCube (здесь и ниже изображения IceCube Collaboration).

Учёные склоняются к астрофизическому происхождению нейтрино, которое на данном этапе имеет вероятность 2,8σ, что недотягивает до уровня трёх сигм (99,7%). Сейчас авторы работы заняты повторным анализом данных, надеясь получить уверенное подтверждение внеземного происхождения обнаруженных частиц.

Природа источника нейтрино таких энергий вызывает... некоторое недоумение. Нейтрино, регистрировавшиеся до этого, по энергиям не превосходили тех, что рождались при взрывах сверхновых — процессах, считающихся чуть ли не самыми «энергоёмкими» в космосе. Но и такие нейтрино имели в 100 млн раз меньшую энергию, чем найденные IceCube в 2011–2012 годах и названные соответственно «Берт» и «Эрни».

Откуда они могли прийти? Сначала было выдвинуто предположение, что они родились в результате взаимодействия космических лучей высоких энергий с атмосферой Земли, но затем это объяснение было отброшено: слишком уж мала вероятность такого события. Новая гипотеза предполагает, что их источник тот же, что и у космических лучей ультравысоких энергий, тех, что превышают предел Грайзена — Зацепина — Кузьмина. Беда в том, что и в этом случае мы не понимаем, откуда они берутся. Теоретически частицы с энергией выше 5·10¹⁹ эВ взаимодействуют с фотонами, рождая пионы, пока их энергия не упадёт ниже такого порога, однако на практике подобные космические лучи упорно регистрируются.

События регистрации нейтрино в 2011–2012 годах, названные соответственно «Берт» и «Эрни».

Такие явления принято объяснять либо коллапсом массивных звёзд в чёрные дыры (якобы ответственные за гамма-всплески), либо джетами (релятивистскими струями) сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик. Тем не менее недавние наблюдения самой IceCube не обнаружили никакой связи между гамма-всплесками и направлениями, откуда приходят загадочные космические лучи ультравысоких энергий. Так что фактически остаётся лишь гипотеза ответственности сверхмассивных чёрных дыр.

Несмотря на неполную ясность событий, участники коллаборации IceCube полны энтузиазма. «Это нейтрино самых высоких энергий, которые когда-либо регистрировались», — уверяет Томас Гассье (Thomas Gaisser), представитель Делавэрского университета (США). Действительно, что бы это ни было, породившее их событие должно характеризоваться столь высокими энергиями, что разгадка происхождения нейтрино станет весьма привлекательной задачей для современной астрофизики.

С препринтом исследования можно познакомиться здесь.

Подготовлено по материалам IceCube Collaboration.