Байкальский нейтринный телескоп получил возможность распознавать сверхдалекие блазары с высокой точностью

Международный научный коллектив, работающий с нейтринным телескопом Baikal-GVD (одним из трёх крупнейших детекторов такого типа в мире), успешно внедрил программное обеспечение, превратившее глубоководную сеть датчиков в прецизионный астрофизический инструмент. Разработанные алгоритмы позволили добиться медианного углового разрешения в 0,2 градуса при отслеживании мюонных треков, возникающих при взаимодействии нейтрино с водой. Для фундаментальной науки это означает качественный скачок: от простого детектирования фонового космического излучения к прицельному наблюдению за конкретными объектами — активными галактическими ядрами и блазарами, расположенными на дистанции миллиардов световых лет.

Нейтринный телескоп размещён в толще вод озера Байкал на глубине около 1366 метров и на данный момент включает 14 автономных кластеров, объединяющих 4212 оптических модулей. Каждый узел представляет собой герметичную сферу, внутри которой находится высокочувствительный фотоэлектронный умножитель производства Hamamatsu Photonics. Исследователи из ОИЯИ (Дубна) и ИЯИ РАН (Москва) спроектировали установку для регистрации черенковского излучения — характерного голубого свечения, сопровождающего движение ультрарелятивистских частиц в водной среде.

Эксплуатация детектора сопряжена с трудностями, вызванными мощным фоном от биолюминесценции байкальских организмов. Для выделения редких сигналов из колоссального массива шумов инженеры задействовали современные методы машинного обучения, в частности, алгоритмы градиентного бустинга над решающими деревьями (BDT). Эта интеллектуальная система анализирует свыше 20 параметров каждого события, отсеивая до 70% паразитных сигналов. Первичные данные оперативно передаются в аналитический центр ОИЯИ, где высокопроизводительные вычислительные кластеры синхронизируют информацию от различных датчиков и проводят её временную калибровку.

Анализ результатов наблюдений за 2019–2021 годы позволил верифицировать 1189 кандидатов в нейтринные события. В процессе работы ученые столкнулись с интригующим расхождением: интенсивность потока частиц оказалась на 30% выше теоретических предсказаний, основанных на модели атмосферных нейтрино Стефана Бартола. Для устранения этого несоответствия потребовалось введение специального поправочного коэффициента. Причина аномалии остается предметом дискуссий: она может указывать как на необходимость корректировки представлений о земной атмосфере, так и на специфические особенности калибровки модулей на больших глубинах.

Успешная верификация алгоритмов реконструкции подтверждает готовность Baikal-GVD к выполнению важнейшей задачи — созданию детальной карты нейтринного неба Северного полушария в тесной кооперации с антарктической обсерваторией IceCube. Благодаря ежегодным зимним экспедициям, в ходе которых установка продолжает расширяться, телескоп стал мощным инструментом, способным «видеть» скрытые процессы Вселенной. Возможность точного определения вектора прилета частиц из экстремально плотных областей космоса открывает новые горизонты в изучении физики сверхвысоких энергий и механизмов функционирования самых мощных природных ускорителей материи.

Источник: iXBT