Подводный телескоп KM3NeT зафиксировал нейтрино рекордной энергии

Коллаборация KM3NeT заявила о первом детектировании нейтрино экстремально высоких энергий. Событие, получившее индекс KM3-230213A, было зафиксировано 13 февраля 2023 года с помощью глубоководного телескопа ARCA, расположенного в Средиземном море у побережья Сицилии на глубине 3,5 километра.

Согласно расчетам, энергия частицы составила порядка 120 петаэлектронвольт (ПэВ), при этом оценочная энергия исходного нейтрино могла достигать 790 ПэВ. Эти показатели на несколько порядков превышают возможности самых мощных наземных ускорителей, включая Большой адронный коллайдер.

Нейтрино служат уникальным инструментом для изучения наиболее удаленных и энергетически активных областей Вселенной. Поскольку эти частицы почти не взаимодействуют с материей и не подвержены влиянию магнитных полей, они преодолевают межгалактические расстояния, не искажая информацию о месте своего рождения.

Конструкция телескопа ARCA включает систему вертикальных тросов, оснащенных высокочувствительными фотоумножителями. Взаимодействие нейтрино с молекулами воды порождает мюон, который движется со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде. Это провоцирует возникновение черенковского излучения — световой вспышки, которую и улавливают датчики системы.

Четкий трековый профиль сигнала позволил астрофизикам с высокой точностью вычислить траекторию движения частицы. Ученые исключили атмосферный генезис события, подтвердив, что нейтрино пришло из дальнего космоса, пройдя Землю насквозь.

Примечательно, что этот феномен был зарегистрирован в период, когда обсерватория ARCA находилась на начальном этапе развертывания — функционировала лишь 21 оптическая линия из сотен запланированных.

Данное открытие поставило перед научным сообществом статистическую дилемму. Более масштабные установки, такие как антарктический IceCube и обсерватория Пьер Оже в Аргентине, ранее не фиксировали столь энергетически мощных нейтрино, что создает расхождение на уровне 2,5 сигма.

Исследователи рассматривают две основные версии: либо ученые столкнулись с редчайшей статистической флуктуацией, либо частица стала следствием кратковременного, но колоссального выброса энергии из космологического источника.

Изучая сектор неба, откуда прибыл сигнал, астрофизики выделили 17 потенциальных источников, включая несколько блазаров — активных галактических ядер, испускающих мощные джеты. Главным кандидатом считается блазар PMN J0606-0724, который продемонстрировал интенсивную радиовспышку всего за пять дней до регистрации события.

Существует гипотеза, согласно которой экстремальный разгон частиц мог быть обеспечен прохождением звезды-красного гиганта через джет сверхмассивной черной дыры, что создало временную плотную среду для ускорения нейтрино до рекордных значений.

Специалисты подчеркивают, что одного зафиксированного события недостаточно для окончательного понимания природы космических лучей сверхвысоких энергий. В качестве альтернативных теорий рассматриваются космогенные процессы и даже аннигиляция или распад частиц темной материи.

Тем не менее факт обнаружения KM3-230213A стал первым прямым доказательством того, что активные ядра галактик с релятивистскими джетами способны выступать в роли естественных ускорителей частиц колоссальной мощности.

Источник: iXBT