Необычные радиосигналы, исходящие из-подо льдов Антарктиды, до сих пор не находят научного объяснения. Несколько лет назад, в период с 2016 по 2018 год, ученые, использовавшие детектор космических частиц, зафиксировали серию загадочных радиовсплесков. Эти данные были получены с помощью Антарктической импульсной переходной антенны NASA (ANITA) — комплекса инструментов, размещенных на высотных аэростатах над ледяным континентом. Новое исследование, проведенное международной группой ученых, включая специалистов из Университета штата Пенсильвания, добавило свежий контекст к этим почти десятилетним наблюдениям.
Изначально миссия ANITA была нацелена на изучение далеких космических явлений путем регистрации радиоволн, возникающих при столкновении космических лучей с атмосферой Земли. Однако некоторые из зафиксированных сигналов, вопреки ожиданиям, казалось, исходили из-под горизонта, двигаясь снизу вверх. Такое направление противоречило существующим моделям физики элементарных частиц и породило предположения о возможном открытии новых, ранее неизвестных науке частиц или взаимодействий. Чтобы глубже изучить этот феномен, ученые обратились к данным обсерватории Пьера Оже в Аргентине, проанализировав информацию о космических лучах за последние 15 лет. Результаты их работы были недавно опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В поисках объяснения
Стефани Уиссел, доцент физики, астрономии и астрофизики, работавшая в команде ANITA, пояснила, что зарегистрированные радиоволны имели очень крутые углы, около 30 градусов ниже поверхности льда. Она отметила, что, хотя происхождение этих событий остается неясным, новое исследование показывает, что подобные явления не наблюдались в экспериментах с длительным временем экспозиции, таких как в обсерватории Пьера Оже. Это, по ее словам, не указывает на новую физику, а скорее добавляет больше информации к общей картине. Расчеты показали, что для достижения детектора необычный сигнал должен был бы пройти через тысячи километров твердой породы, что в обычных условиях привело бы к полному поглощению радиоволн.
Уиссел добавила, что это интересная проблема, поскольку у ученых до сих пор нет объяснения этим аномалиям, но уже сейчас известно, что они, скорее всего, не связаны с нейтрино. Нейтрино — это частицы без заряда и с наименьшей массой среди всех субатомных частиц, которые в изобилии присутствуют во Вселенной. Они испускаются источниками высокой энергии, такими как Солнце, сверхновые звезды или даже Большой взрыв. Проблема с этими частицами заключается в том, что их чрезвычайно трудно обнаружить. По словам Уиссел, через ноготь человека ежесекундно проходит миллиард нейтрино, но они почти не взаимодействуют с материей. В этом и заключается парадокс: если нейтрино удается зафиксировать, это означает, что частица проделала огромный путь, не столкнувшись ни с чем, и могла прилететь с самого края наблюдаемой Вселенной.
Аномалии без источника
После обнаружения и отслеживания до источника эти частицы могут рассказать о космических событиях больше, чем самые мощные телескопы, поскольку они движутся почти со скоростью света, неся информацию о событиях, произошедших световые годы назад. Уиссел и ее коллеги по всему миру работают над созданием специальных детекторов, способных улавливать даже слабые сигналы нейтрино. ANITA является одним из таких детекторов. Его разместили в Антарктиде, так как там минимальны помехи от других сигналов. Антенны аэростата направлены вниз, на лед, чтобы зафиксировать радиоизлучение, возникающее при взаимодействии нейтрино с ледяной толщей.
Особый тип нейтрино, тау-нейтрино, при взаимодействии со льдом порождает вторичную частицу — тау-лептон. Она выходит изо льда и распадается, создавая так называемый воздушный ливень, который и улавливают детекторы. Сигналы от таких ливней можно отследить до их источника, подобно тому как мяч, брошенный под определенным углом, предсказуемо отскакивает. Однако аномальные сигналы имели гораздо более острый угол, чем предсказывают существующие модели, и их невозможно было отследить таким образом. Проанализировав данные с нескольких полетов ANITA и сравнив их с математическими моделями, исследователи исключили фоновый шум и другие известные частицы. Сверка с данными независимых детекторов, таких как IceCube и обсерватория Пьера Оже, не выявила похожих сигналов, что позволило классифицировать явление как «аномальное», не связанное с нейтрино.
Взгляд в будущее
Ранние теории предполагали, что сигналы могут указывать на существование темной материи или новой физики, но отсутствие подтверждений от других обсерваторий сузило круг возможных объяснений. В настоящее время команда Уиссел работает над созданием нового, более крупного и чувствительного детектора под названием PUEO. Ученые надеются, что он прольет свет на природу аномальных сигналов.
По предположению самой Уиссел, причиной может быть какой-то интересный, но пока не изученный эффект распространения радиоволн вблизи льда и горизонта. На данный момент это остается одной из давних загадок науки. Она выразила надежду, что запуск PUEO с его улучшенной чувствительностью поможет лучше понять эти аномалии, что, в свою очередь, позволит в будущем эффективнее обнаруживать нейтрино.