«Космический посланник»: таинственное «нейтрино очень высокой энергии» обнаружено за пределами нашей Галактики

Далекая-далекая галактика. CNRS говорит о «землетрясении» и «новом окне во Вселенную». Нейтрино (частица, широко распространенная во Вселенной, прим. редактора) с энергией в тридцать раз превышающей любую из когда-либо зарегистрированных на Земле, было обнаружено на дне Средиземного моря , как стало известно из исследования, опубликованного в эту среду, 12 февраля, в журнале Nature .

Это самая энергичная из элементарных частиц. И это должно помочь добиться значительного прогресса в понимании экстремальных явлений Вселенной.

Это открытие «переворачивает современные астрофизические модели», говорится в пресс-релизе CNRS.

Хотя происхождение этой невероятной частицы пока не установлено, ученые уверены, что она не принадлежит нашей галактике.

Нейтрино — элементарная частица, широко распространенная во Вселенной, но неуловимая. Как следует из ее названия, она не имеет электрического заряда и почти не имеет массы: последняя в миллион раз слабее массы электрона. Это также самая легкая известная массивная частица. Более того, он слабо взаимодействует с материей.

Нейтрино представляют особый интерес для ученых, поскольку они являются «особыми космическими посланниками», объясняет Роза Конильоне, научный сотрудник Итальянского института ядерной физики, в пресс-релизе, сопровождающем публикацию исследования.

Самые интенсивные события во Вселенной, такие как взрыв сверхновой, слияние двух нейтронных звезд или активность вокруг сверхмассивных черных дыр, генерируют так называемые нейтрино «сверхвысоких энергий».

Поскольку эти частицы мало взаимодействуют с материей, они могут вырваться из плотных, турбулентных областей, которые их породили, а затем перемещаться по прямой линии через Вселенную. И таким образом предоставить ценную информацию, недоступную более классическим методам, об астрофизических явлениях в их истоках.

«Для примера, если бы мы хотели остановить половину нейтрино, летящих к нам, нам пришлось бы построить свинцовую стену толщиной в девять тысяч миллиардов километров», — объясняет в видео Соня Эль Хедри, астрофизик из CNRS.

Однако эти «призрачные» частицы чрезвычайно трудно обнаружить. По данным CNRS, через каждый квадратный сантиметр Земли в секунду проходит 60 миллиардов нейтрино, не оставляя ни малейшего следа.

Чтобы поймать несколько из них в воздухе, нужен огромный объем воды — не менее одного кубического километра, что эквивалентно 400 000 олимпийских бассейнов. Вот почему в Средиземноморье находится нейтринный телескоп «Кубический километр» (KM3NeT).

Он все еще находится в стадии строительства и располагается на двух площадках: ARCA, посвященная астрономии высоких энергий, на глубине 3450 метров у побережья Сицилии (Италия) и ORCA, оптимизированная для изучения фундаментальных свойств нейтрино, на глубине 2450 метров у побережья Тулона (Франция).

Кабели длиной в несколько сотен метров, оснащенные фотоумножителями, способными усиливать очень небольшое количество света, закреплены на морском дне на регулярных расстояниях.

«Интерес к воде заключается в том, что когда нейтрино взаимодействует с материей, она производит электрически заряженные частицы. И если эти частицы движутся в среде достаточно быстро, они могут вызвать излучение света», — объясняет Соня Эль Хедри. Это называется эффектом Черенкова.

«Вода, благодаря своей прозрачности, является идеальной средой для обнаружения этого эффекта», — продолжает астрофизик.

13 февраля 2023 года мюон, тяжелый электрон, созданный нейтрино, «прошел через весь детектор ARCA, вызвав сигналы более чем в трети активных датчиков», — сообщает KM3NeT, коллаборация, объединяющая 350 ученых из 21 страны.

Нейтрино в момент своего возникновения имело энергию 220 петаэлектронвольт (ПэВ), или 200 миллионов миллиардов электронвольт. Колоссальная фигура, никогда ранее не виданная на Земле.

«Это примерно энергия шарика для пинг-понга, падающего с высоты одного метра», но содержащаяся «в одной элементарной частице», — пояснил на пресс-конференции Аарт Хейбур, профессор Нидерландского института субатомной физики (Nikhef) и член KM3NeT.

За исключением того, что шарик для пинг-понга состоит из триллионов молекул, тогда как это одна элементарная частица, несущая такое же количество энергии.

Для создания такой частицы потребовался бы ускоритель «по всей Земле на расстоянии геостационарных спутников», добавил Паскаль Койл, директор по исследованиям CNRS в Марселе, Центр физики элементарных частиц.

«Черная дыра, скрывающаяся в сердце галактики? Гамма-всплеск? Сверхновая?» — ее происхождение в эту среду будет подвергаться сомнению CNRS.

При таком уровне энергии происхождение нейтрино может быть только космическим. Расстояние до события, которое его породило, «неизвестно», но «мы совершенно уверены, что оно не пришло из нашей галактики», — подчеркнул Дэмиен Дорник, исследователь из CPPM.

Астрофизики обнаружили двенадцать блазаров — экстремальных источников излучения, которые неустанно ускоряют частицы, приводимые в движение массивными, потенциально совместимыми черными дырами.

По словам Розы Конильоне, это также может быть первым обнаружением «космогенного» нейтрино, возникающего в результате «взаимодействия сверхэнергетических космических лучей с фотонами межгалактического космического фона».

Что могло бы помочь понять «состав этих космических лучей» и «эволюцию Вселенной».

«В то время, когда произошло это событие, наша система оповещения о нейтрино все еще находилась в стадии разработки», — отметил Аарт Хейбур. К концу года, как только будет обнаружено новое явление, в течение нескольких секунд будет отправлено оповещение «на все телескопы мира, чтобы они могли направить его в этом направлении» на небе и поискать источник.