Ученые, работающие на нейтринной обсерватории IceCube на Южном полюсе, выявили четкий пик в энергетическом спектре высокоэнергетических нейтрино, прибывающих на Землю из глубокого космоса. Это значительно сужает область исследования, позволяя определить место и механизм образования этих неуловимых частиц, и дает нам больше информации о местах в космосе, где эти нейтрино образуются. Результаты были опубликованы коллаборацией IceCube в журналах Physical Review Letters и Physical Review D на основе анализа, проведенного группой исследователей из DESY, Рейнско-Вестфальского технического университета Аахена и Университета Висконсина в Мэдисоне.

Схема эксперимента. Изображение коллаборации IceCube

Ученые, работающие в рамках эксперимента IceCube, использовали большие объемы данных, собранных за многие годы, чтобы выявить четкий пик в энергетическом спектре высокоэнергетических нейтрино, прибывающих на Землю из глубокого космоса — это знаковый результат, который значительно сужает круг поиска мест и механизмов образования этих неуловимых частиц. Это, в свою очередь, помогает ученым узнать больше о тех областях космоса, где зарождаются высокоэнергетические нейтрино. Нейтринная обсерватория IceCube встроена в один кубический километр антарктического льда и использует лед для обнаружения нейтрино — почти безмассовых частиц, которые перемещаются в открытом космосе и редко взаимодействуют с материей, но несут ценную информацию о скрытых в противном случае экстремальных космических средах.

Впервые ученые увидели структуру в энергетическом спектре. Видно, как интенсивность нейтрино возрастает с энергией до точки, достигающей примерно 30 тераэлектронвольт, а затем снова уменьшается. Можно сказать, что был обнаружен пик нейтринного излучения во Вселенной и определена его энергия. Энергетический спектр позволяет международной команде IceCube определить количество нейтрино с различной энергией. Эта информация позволяет им сделать выводы о том, при каких условиях они образуются, какие физические процессы привели к их появлению и какова общая энергия, излучаемая нейтрино.

Высокоэнергетические нейтрино образуются, когда частицы, созданные и ускоренные экстремальными силами, присутствующими в таких космических средах, сталкиваются с чем-то еще, например, с атомом газа или фотоном. Форма и пик энергетического спектра позволяют исследователям исключить многие теоретические модели источников и сосредоточиться на тех, которые обеспечивают механизмы ускорения и среды, необходимые для генерации спектра с пиком на уровне 30 ТэВ.

Справка: Нейтринная обсерватория IceCube, расположенная на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе, использует более 5000 световых датчиков для регистрации слабого света, излучаемого вторичными заряженными частицами, образующимися в результате взаимодействия нейтрино во льду. Идеальное качество антарктического льда делает его идеальной средой для обнаружения этого света. Коллаборация IceCube, объединяющая более 450 ученых со всего мира, затем использует эти световые паттерны для реконструкции энергии и направления нейтрино, чтобы определить их происхождение. К настоящему времени IceCube обнаружила астрофизические нейтрино, идентифицировала две галактики как источники нейтрино и наблюдала нейтрино из нашей собственной галактики Млечный Путь.

Нейтринная обсерватория IceCube. Фото: коллаборация IceCube