Подводный телескоп KM3NeT поймал нейтрино рекордной энергии
Коллаборация KM3NeT сообщила о первой регистрации нейтрино сверхвысокой энергии. Событие KM3–230213A было зафиксировано 13 февраля 2023 года подводным телескопом ARCA, установленным на глубине 3,5 километра в Средиземном море у побережья Сицилии.
Реконструированная энергия частицы составила около 120 петаэлектронвольт (ПэВ), а энергия исходного нейтрино могла достигать 790 ПэВ. Это на порядки превышает энергии, достижимые в крупнейших земных ускорителях, включая Большой адронный коллайдер.
Нейтрино считаются одним из немногих способов напрямую изучать экстремальные области Вселенной. В отличие от заряженных космических лучей, они почти не взаимодействуют с веществом и магнитными полями, поэтому сохраняют информацию о своём источнике даже после прохождения через галактики и межзвёздную среду.
Телескоп ARCA представляет собой сеть вертикальных линий с цифровыми оптическими модулями, оснащёнными сверхчувствительными фотоумножителями. Когда нейтрино сталкивается с водой, рождается мюон, движущийся быстрее фазовой скорости света в среде. Это вызывает черенковское излучение — характерную вспышку, которую и фиксирует детектор.
Иллюстрация: Nano BananaСигнал имел чёткую трековую структуру, что позволило с высокой точностью восстановить направление прихода частицы. Анализ исключил атмосферное происхождение события: нейтрино пришло из глубокого космоса, пройдя Землю насквозь.
Особое внимание исследователей привлёк тот факт, что событие было зарегистрировано, когда ARCA работал лишь частично — активными были только 21 оптическая линия из полного проектного массива в сотни детекторов.
Открытие также создало статистическую проблему для астрофизики. Более крупные обсерватории, включая IceCube в Антарктиде и обсерваторию Пьер Оже в Аргентине, ранее не фиксировали нейтрино столь высоких энергий. Расхождение оценивается примерно в 2,5 сигма.
Авторы рассматривают два основных объяснения: либо детектор поймал исключительно редкую статистическую флуктуацию, либо сигнал был связан с кратковременным мощным источником, который резко вспыхнул и быстро исчез.
При анализе области происхождения сигнала исследователи обнаружили 17 возможных кандидатов, включая несколько блазаров — активных галактических ядер с джетами. Наиболее вероятным источником считается блазар PMN J0606–0724, переживший мощную радиовспышку всего за 5 дней до регистрации нейтрино.
Согласно одной из гипотез, через джет сверхмассивной чёрной дыры могла проходить звезда-красный гигант, временно создав экстремально плотную среду для ускорения частиц до рекордных энергий.
Авторы подчёркивают, что одного события недостаточно для окончательного объяснения происхождения космических лучей сверхвысоких энергий. Среди альтернативных сценариев рассматриваются космогенные процессы и даже распад частиц тёмной материи.
Тем не менее регистрация KM3–230213A уже стала первым прямым свидетельством того, что активные ядра галактик с мощными джетами действительно могут выступать природными ускорителями экстремальных энергий.
© iXBT
