В Антарктиде, среди ледяной пустыни, скрывается устройство, которое теперь помогает ученым решать загадки, стоявшие перед наукой десятилетиями. Оно буквально видит то, что невозможно заметить — и именно благодаря ему появилась новая информация о самых загадочных и мощных частицах во Вселенной.
Космические лучи — потоки субатомных частиц, которые непрерывно бомбардируют Землю из космоса. Большинство из них имеют умеренную энергию, но есть исключения. Так называемые сверхвысокоэнергетические космические лучи обладают энергией, превосходящей даже то, что можно получить в самых мощных ускорителях, например в Большом адронном коллайдере. Эти частицы крайне редки, их происхождение и состав долгое время оставались загадкой.
Ученые из разных стран пытались разгадать природу этих лучей, но сталкивались с противоречиями. Данные, полученные с помощью обсерватории Пьера Оже в Аргентине и массива телескопов в американском штате Юта, наталкивали ученых на разные выводы о том, из каких именно частиц состоят эти потоки. Одни исследования говорили, что речь идет почти исключительно о протонах. Другие предполагали, что в состав входят более тяжелые элементы.
Теперь, похоже, лед тронулся — в прямом и переносном смысле. Детектор нейтрино IceCube, расположенный в толще антарктического льда, помог внести ясность.
Команда ученых под руководством Брайана Кларка из Университета Мэриленда проанализировала данные, собранные IceCube. Это устройство регистрирует нейтрино — призрачные частицы, которые возникают, когда сверхэнергетические космические лучи сталкиваются с фотонами, оставшимися после Большого взрыва. Такие столкновения происходят в глубоком космосе, а нейтрино, почти не взаимодействуя с материей, долетают до Земли и проходят сквозь лед, оставляя слабые следы. Именно их фиксирует IceCube.
Новые данные показали, что около 70 процентов космических лучей сверхвысокой энергии состоят из протонов. Остальные 30 процентов — это тяжелые ионы, включая железо. Таким образом, обе стороны прежнего научного спора оказались частично верны, но лишь сейчас появилась возможность оценить реальную картину.
Максимилиан Майер из Университета Тиба в Японии считает, что данные IceCube удачно дополняют прямые измерения других установок. Он подчеркнул, что симулировать нейтрино на компьютере чрезвычайно сложно, а уж обнаружить их — еще труднее. Тем ценнее каждый пойманный след.
Состав космических лучей важен не только сам по себе. От него зависит, как магнитные поля в космосе отклоняют траекторию частиц. Если исследователи точно знают, из чего состоят лучи, они могут точнее отследить путь частиц и сузить круг возможных источников.
Но загадок по-прежнему много. Например, луч, получивший прозвище Amaterasu, пришел из области рядом с Млечным Путем, где, по словам Тосихиро Фудзии из Осакского университета, нет ни одного подходящего астрономического объекта, способного объяснить его происхождение.
Брайан Кларк уверен, что разгадка подобных тайн — вопрос времени. В течение ближайшего десятилетия планируют ввести в строй сразу несколько новых установок для наблюдений. Среди них — модернизированный детектор IceCube. У ученых уже есть четкий план, как подступиться к оставшимся вопросам.
Теперь ясно: сверхэнергетические космические лучи — не просто потоки протонов. Это сложная смесь частиц, которая может пролить свет на процессы, происходящие в самых экстремальных условиях Вселенной. Исследования IceCube — важный шаг к пониманию этих процессов. Наука продолжает собирать по крупицам информацию, чтобы в будущем, возможно, ответить на главный вопрос: кто или что запускает эти частицы в путь через миллиарды километров космоса.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram. Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы.