Астрофизики наблюдали самое энергетически мощное нейтрино из всех, когда-либо зарегистрированных. Частица, прилетевшая, вероятно, из далекой галактики, была обнаружена 13 февраля 2023 года телескопом Cubic Kilometre Neutrino Telescope (KM3NeT), который представляет собой набор светочувствительных стеклянных сфер на дне Средиземного моря. Рекордное событие заметили только в начале 2024 года, когда исследователи завершили первый анализ данных. Они представили его на конференции в Милане в прошлом году, но без подробностей — и только теперь рассказали об открытии в журнале Nature.
«Нам нужно было убедиться, что это не что-то странное или необычное с телескопом», — объяснил физик-нейтринщик Паскаль Койл из Университета Экс-Марсель во Франции.
Высокоэнергетические нейтрино
Нейтрино — это электрически нейтральные частицы более чем в миллион раз легче электрона. Они обычно образуются в ядерных реакциях — вроде тех, что происходят в центре Солнца, откуда выходят с энергией порядка миллионов электронвольт (106 эВ). Однако уже более 10 лет исследователи регистрируют нейтрино с беспрецедентной энергией до нескольких квадриллионов электронвольт (1015 эВ, или 1 петаэлектронвольт), которые, как считается, происходят из далеких галактик. (Самая мощная когда-либо обнаруженная частица Oh-My-God («О боже мой!») с энергией 320 000 ПэВ, была не нейтрино, а космическим лучом).
KM3NeT состоит из цепочек чувствительных световых детекторов, установленных на глубине около 3500 метров у побережья итальянского острова Сицилия, а также в меньшем массиве близ Тулона, Франция. Эти датчики улавливают свет от мюонов, осыпающих Землю непрерывным дождем, а те, в свою очередь, образуются в результате столкновений космических лучей с молекулами воздуха. Но иногда космическое нейтрино, сталкивающееся с поверхностью планеты, также порождает мюон.
На основе необычно большого количества света, зафиксированного сицилийской обсерваторией в феврале 2023 года, энергию мюона оценили в 120 ПэВ. Траектория частицы была близка к горизонтальной относительно поверхности Земли и направлена на восток, в сторону Греции.
«Энергия 120 ПэВ сама по себе говорит о том, что это было монументальное событие», — прокомментировала физик-нейтринщик Элиза Рескони из обсерватории IceCube под Южным полюсом, впервые обнаружившей космические нейтрино в 2012 году.
На основе высокой энергии частицы и ее почти горизонтальной траектории команда пришла к выводу, что мюон, вероятно, был порожден не космическими лучами, а нейтрино — с энергией более чем в 20 раз превышающей энергию любого ранее наблюдаемого нейтрино.
«В целом, это довольно убедительно», — признала Рескони, работающая в Мюнхенском техническом университете.
Новые открытия
Никто не знает наверняка, откуда берутся нейтрино ультравысокой энергии, возможны самые разные источники — от гигантских черных дыр до гамма-всплесков. Некоторые могут также образовываться в межзвездном пространстве в результате взаимодействия протонов с реликтовым излучением, оставшимся после Большого взрыва.
Когда KM3NeT зарегистрировал рекордное нейтрино, у него была 21 цепочка детекторов. С тех пор установили еще 12, финансирование позволяет увеличить это количество до 120, а в конечном итоге ученые хотят довести число цепочек до 230. Это сделает нейтринный телескоп еще точнее и чувствительнее — и обещает новые открытия.
В Большом адронном коллайдере впервые «поймали» нейтрино
Большое открытие: впервые в Млечном Пути найдены источники нейтрино высоких энергий