Охота за частицами-призраками: как ученые исследуют Вселенную из глубин Антарктиды 3:32
Профессор физики Наоко Курахаши Нилсен в рамках публичной лекции Perimeter Institute поделилась результатами работы обсерватории IceCube, расположенной на Южном полюсе. Исследователи используют антарктический лед в качестве гигантского детектора, чтобы «увидеть» Вселенную через нейтрино — элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с материей. По словам ученого, изучение этих частиц позволяет заглянуть в самые энергичные и скрытые уголки космоса, недоступные для обычных оптических телескопов.
🌌 Нейтрино: «призрачные» посланники космоса 6:36
Для изучения удаленных объектов Вселенной астрофизики используют различные методы, подобно тому как ученый, не имея возможности коснуться предмета, исследует его с помощью рентгеновских лучей, МРТ или инфракрасного зрения. Традиционная астрономия полагается на фотоны (свет), однако свет может поглощаться космической пылью или блокироваться плотными облаками газа вблизи активных галактических ядер.
Нейтрино обладают уникальными характеристиками для астрономии:
- Электрическая нейтральность: они не отклоняются магнитными полями, поэтому летят по прямой линии от источника.
- Сверхвысокая проникающая способность: они проходят сквозь препятствия, которые блокируют свет, выступая в роли идеальных «космических курьеров».
Нейтрино образуются в результате высокоэнергетических процессов — например, в термоядерных реакциях внутри звезд или при ядерном распаде. По словам Нилсен, даже человеческое тело является источником нейтрино из-за распада калия-40.
🧊 Обсерватория IceCube: километр льда в роли датчика 12:07
Обсерватория IceCube, в которой работает Наоко Курахаши Нилсен, находится в Антарктиде, прямо на географическом Южном полюсе. Ученые создали детектор, погрузив более 5000 световых сенсоров на глубину до 2,8 километров в ледниковый лед.
- Принцип фиксации: когда нейтрино высокой энергии взаимодействует с ядром атома во льду, рождается заряженная частица (например, мюон). Эта частица движется быстрее скорости света в среде, создавая характерное голубое свечение, называемое черенковским излучением.
- Масштаб: объем детектора составляет примерно один кубический километр.
- Производительность: система регистрирует около 3000 взаимодействий частиц в секунду в режиме 24/7.
Нилсен отмечает, что работа в Антарктиде — это сложная логистическая задача. В летний сезон ученые прилетают на базу Мак-Мердо, а затем добираются до Южного полюса на самолетах, оборудованных лыжами. Зимой станция закрывается, и небольшой коллектив «зимовщиков» остается в полной изоляции на шесть месяцев.
🔭 Прорыв в нейтринной астрономии: от блейзаров до новых тайн 21:40
Долгое время нейтринная астрономия оставалась теоретической дисциплиной. Прорыв произошел в 2013 году, когда коллаборация IceCube впервые зафиксировала поток высокоэнергетических нейтрино из-за пределов нашей галактики.
Источник в созвездии Ориона 30:11
В сентябре 2017 года обсерватория зафиксировала особо мощное нейтрино. Благодаря скоординированной работе мирового сообщества астрономов, которые получили оповещение от IceCube, удалось проследить источник события до блейзара TXS 0506+056. Блейзар — это активная галактика, выброс (джет) которой направлен прямо на Землю.
Результаты исследования 2018 года показали:
- Совпадение по времени: блейзар в это время находился в фазе активного «вспышки» гамма-излучения.
- Ретроспективный анализ: при изучении архивных данных IceCube обнаружил, что этот же объект проявлял повышенную активность в нейтринном спектре еще в 2014–2015 годах.
На текущий момент ученые также наблюдают признаки нейтринного излучения от галактики NGC 1068. Однако, как отмечает Нилсен, эта галактика не является блейзаром и находится гораздо ближе к Земле (около 50 млн световых лет против 6 млрд световых лет у TXS 0506+056). Отсутствие общих характеристик у этих объектов остается для физиков важной загадкой, которую предстоит решить в ближайшие годы.
