Второй раз за всю историю наблюдений астрономам удалось отследить источник «частицы-призрака» – космического нейтрино сверхвысокой энергии. Оказалось, что она пришла к нам из окружения сверхмассивной черной дыры, расположенной в галактике в 700 миллионах световых лет от Земли, которая своей колоссальной гравитацией разорвала на части звезду. Данные, полученные из наблюдений события и его последствий различными инструментами, представлены двумя (раз, два) статьями в журнале Nature Astronomy.
«Это первая частица, которую можно связать с приливным разрушением, и она предоставляет свидетельство того, что эти малоизученные космические катастрофы могут быть мощными естественными ускорителями частиц», – рассказывают участники исследования из проекта «German Electron Synchrotron» (DESY).
x
Нейтрино начало свое путешествие к Земле примерно в то время, когда на нашей планете появились первые животные. Частица пришла из далекой безымянной галактики в созвездии Дельфин, обозначенной в каталоге как 2MASX J20570298 + 1412165. По оценкам ученых, огромная черная дыра в ее сердце превосходит по массе Солнце в 30 миллионов раз.
«При разрушении гравитационным монстром звезды, слишком близко подошедшей к нему, около половины материи было выброшено в космос, а другая осела на вращающемся вокруг черной дыры диске. Прежде чем попавшее в плен вещество «погрузится в небытие», оно разогревается и начинает ярко светится. Это и было зафиксировано обзором «Zwicky Transient Factory» 9 апреля 2019 года», – пояснили авторы исследования.
Иллюстрация детектора «IceCube». Credit: Icecube/NSF
Спустя полгода, 1 октября 2019 года, детектор «IceCube», расположенный на Южном полюсе, зарегистрировал нейтрино чрезвычайно высокой энергии, пришедшее со стороны наблюдаемого ранее события приливного разрушения. Он врезался в антарктический лед с поразительной энергией более 100 тераэлектронвольт. Для сравнения, это по крайней мере в десять раз больше максимальной энергии, которая может быть достигнута в Большом адронном коллайдере – самом мощном рукотворном ускорителе.
Чрезвычайно легкий
Чрезвычайно легкие нейтрино почти ни с чем не взаимодействуют. Они могут незаметно проходить не только через стены, но и через целые планеты или звезды, поэтому их часто называют «частицами-призраками». Так что поймать всего одно нейтрино высокой энергии – уже большое достижение. При этом направление, из которого они поступают, указывает прямо на их фактический источник.
«Обнаруженное нейтрино говорит о существовании мощного ускорителя рядом с аккреционным диском. А комбинированный анализ данных с телескопами, ведущими наблюдения в радио, оптическом и ультрафиолетовом диапазонах дает нам дополнительные свидетельства того, что именно приливные разрушения являются гигантскими ускорителями частиц», – отмечают участники исследования.
Художественное представление аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры со струеподобными структурами, вытекающими из диска. Credit: DESY, Science Communication Lab
Собранные о событии данные лучше всего согласуются с тем, что запуск нейтрино связан со струями вещества, выбрасываемыми из окружения сверхмассивной черной дыры во время поглощения разорванной звезды.
Космический естественный ускоритель выбрасывает различные типы частиц, но кроме нейтрино и фотонов, все они электрически заряжены и, таким образом, отклоняются межгалактическими магнитными полями на своем пути. И только нейтральные «частицы-призраки» вместе со светом могут перемещаться по прямой линии от источника к Земле, становясь ценными посланниками из таких систем.
После того, как сверхмассивная черная дыра разорвала звезду, система ярко светилаcь на многих длинах волн и, как считается, производила энергичные струйные истечения, перпендикулярные аккреционному диску. Яростные процессы, протекающие рядом с аккреционным диском, привели к выбросу нейтрино. Credit: DESY, Science Communication Lab
«Комбинированные наблюдения очень важны в таких случаях. Без обнаружения события приливного разрушения нейтрино было бы лишь одним из многих, также, как и без нейтрино событие приливного разрушения было бы лишь одним из многих. Только с помощью комбинации телескопов и инструментов мы смогли найти ускоритель и многое узнать о процессах внутри него», – заключили участники исследования.