В центре нашей галактики обнаружены источники высокоэнергичных космических лучей — на них указали нейтрино

Для астрофизики настали чудесные дни. Вчера было сообщено о революционном открытии фонового шума во Вселенной, создаваемого гравитационными волнами от слияния сверхмассивных чёрных дыр, а сегодня учёные доложили об открытии нового способа изучения космоса с помощью нейтрино. Впервые с помощью нейтрино удалось определить примерные источники высокоэнергичных космических лучей и это даёт новый взгляд на Вселенную.

Источник изображения: Pixabay

Учёные давно ищут источники высокоэнергичных частиц, которые прилетают из космоса на Землю. Их энергии таковы, что они должны рождаться вне пределов нашей галактики, чтобы они смогли преодолеть местные магнитные поля и вырваться в межзвёздное пространство. К сожалению, те же магнитные поля решительно изменяют траектории заряжённых частиц (протонов и заряженных атомных ядер) и это не позволяет отследить их до источника.

Другое дело нейтрино. Они почти не взаимодействуют с веществом и магнитными полями, поскольку имеют ничтожную массу и не имеют заряда. Поэтому нейтрино движутся по прямой траектории и могут указать на источник своего происхождения. Этим источником могут быть следы, которые высокоэнергичные частицы оставляют на своём пути, когда они врезаются в пыль и газ на своей траектории. Одним из продуктов таких столкновений является пара кварк-антикварк, известная как пион. Распад заряженных пионов, в свою очередь, порождает высокоэнергетическое электронное нейтрино. Проследив за траекторией этих нейтрино можно выйти на источник высокоэнергичных космических частиц.

Но есть ещё одна проблема — отсеять неуловимые высокоэнергетическое нейтрино из фона местных и таких же слабо регистрируемых нейтрино. В частности, необходимо было подавить фон атмосферных нейтрино (мюонных нейтрино). Вручную и с помощью обычных алгоритмов это не удавалось сделать много лет, пока на помощь не пришло машинное обучение. С помощью обучающихся алгоритмов учёные смогли заново проанализировать 10 лет наблюдений за нейтрино на установке IceCube во льдах Антарктиды.

Вид на нашу галактику в разных диапазонах. Нижнее изображение сформировано из данных по нейтрино. Источник изображения: IceCube Collaboration

Новый метод анализа позволил включить в набор данных в 20 раз больше событий с лучшей информацией о направлении, и это дало ошеломляющий результат. Учёным открылась новая карта Вселенной и, в частности, новый взгляд на нашу галактику Млечный Путь. Со статистической значимостью около 4,5 сигма (чуть-чуть не дотянули до пятёрки, что означало бы безоговорочное признание в научной среде открытия) были указаны источники высокоэнергичных нейтрино в центре нашей галактики, а не где-то там в невообразимой дали. Это даёт намёк на зарождение частиц с колоссальной энергией в центре нашей галактики, а не где-то за её пределами. В центре Млечного Пути происходит что-то невообразимое по выбросам энергии, и этот процесс оказалось возможным рассмотреть и, в перспективе, изучить.