Загадочная элементарная частица, прилетевшая из глубин Вселенной, помогла физикам заглянуть внутрь самых экстремальных космических ускорителей. Результаты нового исследования указывают на то, что этот рекордный энергетический импульс был рожден в окрестностях сверхмассивных черных дыр. Работа опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).
Частица с колоссальной энергией около 220 ПэВ была поймана три года назад, 13 февраля 2023 года, глубоководным детектором KM3NeT/ARCA у побережья Сицилии. Эта величина более чем в десять раз превышает энергию любых аналогичных космических частиц, зафиксированных ранее.
Охотники за призраками
Нейтрино называют «призрачными частицами», поскольку они практически не взаимодействуют с обычной материей и способны беспрепятственно пролетать сквозь планеты и звезды. Для их регистрации ученые строят огромные оптические ловушки в прозрачной воде или толще антарктического льда. Примечательно, что в момент фиксации рекорда средиземноморская обсерватория KM3NeT/ARCA функционировала всего на 10% от своей проектной мощности. Тем не менее, даже этой частичной конфигурации хватило для регистрации уникального сигнала.
Поскольку у этого грандиозного события не было обнаружено яркого электромагнитного отклика в виде вспышки света или гамма-излучения, исследователи выдвинули гипотезу рассеянного фона. Это означает, что нейтрино прилетело не от единичной катастрофы, а родилось в результате постоянной активности огромной популяции удаленных космических объектов. Главными подозреваемыми стали блазары — активные ядра галактик с гигантскими черными дырами, которые выбрасывают мощнейшие струи плазмы прямо в сторону Земли.
Для проверки гипотезы международная группа ученых провела детальное компьютерное моделирование с помощью открытого инструмента AM3. Астрофизики воссоздали параметры гипотетической популяции блазаров, варьируя соотношение энергии протонов к электронам и спектральные индексы частиц. Результаты симуляции сопоставили со статистическими данными других обсерваторий, включая IceCube на Южном полюсе и космический гамма-телескоп Fermi НАСА, чтобы исключить противоречия с известным космическим фоном.
Моделирование подтвердило, что физические процессы внутри блазаров полностью объясняют появление одиночной частицы столь невероятной мощности без избыточного фонового излучения в других диапазонах. Авторы исследования подчеркивают, что окончательные выводы можно будет сделать после завершения строительства телескопа KM3NeT. Полная конфигурация установки позволит собирать детальную статистику и откроет человечеству принципиально новое окно для изучения экстремальных глубин Вселенной.
Ранее астрономы показали, что изменение типа нейтрино может быть связано со взрывом сверхновой.
