Наша галактика Млечный Путь — это внушающая благоговейный трепет особенность ночного неба, видимая невооруженным глазом как туманная полоса звезд, простирающаяся от горизонта до горизонта.
Впервые нейтринная обсерватория IceCube в Антарктиде создала изображение Млечного Пути с помощью нейтрино — крошечных призрачных астрономических посланников.
В исследовании, опубликованном 29 июня в журнале Science , коллаборация IceCube — международная группа из более чем 350 ученых — представляет доказательства эмиссии высокоэнергетических нейтрино, исходящих из Млечного Пути.
Мы еще не выяснили, откуда именно в нашей галактике берутся эти частицы. Но сегодняшний результат приближает нас к обнаружению некоторых из самых экстремальных условий в галактике.
Нейтринная астрономия
Нейтрино предлагают уникальный взгляд на космос, поскольку они могут путешествовать прямо из мест, из которых не может выйти никакое другое излучение или частицы. Это делает их очень интересными для астрономов, потому что нейтрино открывают окно в экстремальные космические среды, которые создают другой тип частиц, называемых космическими лучами .
Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, которые пронизывают нашу Вселенную, но их происхождение трудно определить. Космические лучи электрически заряжены, а это означает, что их путь в космосе затруднен магнитными полями, и к моменту прибытия на Землю невозможно сказать, откуда они пришли.
Однако среда, которая ускоряет космические лучи до необычайных энергий, также производит нейтрино, а нейтрино не имеют электрического заряда , поэтому они движутся по красивым прямым линиям. Так что, если мы сможем обнаружить путь нейтрино, прибывающих на Землю, это укажет на то место, где нейтрино были созданы.
Но обнаружить эти нейтрино не так просто.
Как охотиться на нейтрино
Нейтринная обсерватория IceCube находится недалеко от Южного полюса. Он использует более 5000 датчиков света, расположенных на кубическом километре нетронутого антарктического льда, для поиска признаков высокоэнергетических нейтрино из нашей галактики и за ее пределами.
Огромное количество нейтрино постоянно проходит через Землю, но лишь малая часть из них сталкивается с чем-либо на своем пути.
Каждое взаимодействие нейтрино вызывает крохотную вспышку света, и датчики IceCube выслеживают именно эти крохотные вспышки. Направление и энергия нейтрино могут быть определены по количеству и характеру обнаруженного света.
IceCube ранее обнаружил высокоэнергетические нейтрино, исходящие из-за пределов Млечного Пути. Однако было сложнее изолировать нейтрино с более низкой энергией, исходящие из нашей галактики.
Это связано с тем, что некоторые вспышки, обнаруженные IceCube, можно отнести к космическим лучам, попадающим в атмосферу Земли, которые создают нейтрино и другие частицы, называемые мюонами. Чтобы отфильтровать эти вспышки, исследователи IceCube разработали способы различать частицы, созданные в атмосфере, и частицы из более отдаленных районов по форме световых узоров, которые они создают во льду.
Фильтрация нежелательных обнаружений сделала IceCube более чувствительным к астрофизическим нейтрино. Окончательный прорыв, который позволил создать нейтринное изображение Млечного Пути, произошел благодаря методам машинного обучения, которые улучшают идентификацию каскадов света, создаваемых нейтрино, а также определение направления и энергии нейтрино.
Закрытие космических лучей
Новая нейтринная линза на нашей галактике поможет выявить, где находятся самые мощные ускорители галактических космических лучей. Мы надеемся узнать, насколько энергичными могут быть эти частицы, и узнать, как работают эти высокоэнергетические галактические двигатели.
Однако нам еще предстоит точно определить эти ускорители в Млечном Пути. Новый анализ IceCube обнаружил доказательства того, что нейтрино исходят из широких областей галактики, но не смог различить отдельные источники.
У нашей команды из Университета Кентербери в Новой Зеландии и Университета Аделаиды в Австралии есть план реализации этого следующего шага.
Мы создаем модели для предсказания нейтринного сигнала вблизи вероятных ускорителей частиц, чтобы мы могли нацелить наши поиски на нейтрино.
Студентка бакалавриата Риа Хьюитт и доктор философии. Студент Райан Берли исследует пары кандидатов в ускорители и облака молекулярной пыли. Они планируют оценить поток нейтрино, создаваемых космическими лучами, взаимодействующими в облаках, после того, как нейтрино вылетят из ускорителей.
Они будут использовать свои результаты для целенаправленного поиска в данных IceCube источников эмиссии нейтрино. Мы считаем, что это даст ключ к использованию IceCube для раскрытия секретов самых энергетических процессов в Млечном Пути.
Теги: нейтрино
