Коллаборация KM3NeT отчиталась о первой регистрации нейтрино сверхвысокой энергии. Событие, получившее индекс KM3–230213A, было зафиксировано 13 февраля 2023 года с помощью глубоководного телескопа ARCA. Установка расположена на глубине 3,5 километра в Средиземном море, недалеко от побережья Сицилии.
Согласно расчетам, реконструированная энергия зафиксированной частицы составила около 120 петаэлектронвольт (ПэВ), при этом энергия исходного нейтрино могла достигать 790 ПэВ. Это значительно превосходит любые показатели, которых удавалось достичь на крупнейших земных ускорителях, включая Большой адронный коллайдер.
Нейтрино — один из важнейших инструментов для изучения самых экстремальных регионов Вселенной. В отличие от заряженных космических лучей, эти частицы практически не взаимодействуют с веществом и магнитными полями, что позволяет им доставлять прямую информацию о своем источнике даже после преодоления огромных расстояний через межзвездную среду и целые галактики.
Конструкция телескопа ARCA представляет собой масштабную сеть вертикальных линий, на которых закреплены цифровые оптические модули со сверхчувствительными фотоумножителями. В момент столкновения нейтрино с молекулами воды рождается мюон, который движется быстрее фазовой скорости света в этой среде. Это порождает характерное черенковское излучение — световую вспышку, которую и улавливают детекторы.
Иллюстрация: Nano Banana
Зафиксированный сигнал обладал четкой трековой структурой, что позволило ученым с высокой точностью определить направление прихода частицы. Тщательный анализ исключил атмосферное происхождение нейтрино: судя по траектории, оно прибыло из глубокого космоса, пройдя сквозь всю планету.
Примечательно, что это уникальное событие было зарегистрировано в момент, когда телескоп ARCA функционировал лишь частично. На тот момент в строю находилась только 21 оптическая линия из сотен детекторов, предусмотренных полным проектом.
Это открытие поставило перед астрофизиками интересную статистическую задачу. Крупнейшие обсерватории, такие как IceCube в Антарктиде или обсерватория Пьер Оже в Аргентине, ранее не фиксировали нейтрино с подобными энергетическими показателями. Разрыв в данных оценивается примерно в 2,5 сигма.
Ученые рассматривают две основные версии произошедшего: либо телескоп столкнулся с крайне редкой статистической флуктуацией, либо сигнал был вызван кратковременным, но сверхмощным астрофизическим процессом, который быстро угас.
При изучении участка неба, откуда пришел сигнал, исследователи выделили 17 потенциальных источников, включая несколько блазаров — активных галактических ядер, выбрасывающих мощные джеты. Наиболее перспективным кандидатом считается блазар PMN J0606–0724, у которого за пять дней до фиксации нейтрино наблюдалась интенсивная радиовспышка.
Согласно одной из рабочих гипотез, через джет сверхмассивной черной дыры могла пройти звезда-красный гигант. Это временное взаимодействие создало экстремально плотную среду, способную ускорить частицы до столь высоких энергий.
Исследователи признают, что одного события недостаточно для создания полной теории происхождения космических лучей сверхвысоких энергий. В качестве альтернативных теорий рассматриваются космогенные процессы и даже возможный распад частиц темной материи. Тем не менее регистрация KM3–230213A стала важным доказательством того, что активные ядра галактик действительно способны работать как природные ускорители экстремальной мощности.
