Нейтрино высокой энергии было обнаружено после того, как черная дыра разорвала звезду
Реакции ядерного синтеза внутри звезд и взрывы сверхновых приводят к образованию большого количества нейтрино. Это частицы с почти нулевой массой, которые проходят через вещество, редко взаимодействуя с атомами, из которых оно состоит. Это очень затрудняет их обнаружение, особенно если они представляют собой космические нейтрино высоких энергий, образовавшиеся во время катастроф в миллионах световых лет от нас.
Астрономам удалось идентифицировать событие под названием AT2019dsg, во время которого образовалось нейтрино высокой энергии. Это будет приливное разрушение звезды черной дырой, которое произошло 690 миллионов лет назад в галактике в созвездии Дельфина. Наблюдение за этой космической катастрофой датируется маем 2019 года. В октябре того же года в антарктической обсерватории IceCube Neutrino была обнаружена высокоэнергетическое нейтрино в области неба, включавшая АТ2019dsg.
Это заставило исследователей предположить, что именно это событие породило нейтрино, которое было впервые идентифицировано только пять месяцев спустя. Используя данные с орбитальных спутников, таких как орбитальной обсерваторией Swift НАСА, и телескопов на Земле, исследователи изучили AT2019dsg, чтобы больше узнать о рождении этого нейтрино.
"Астрофизики давно предположили, что приливные разрушения могут производить нейтрино высоких энергий. Но это первый раз, когда нам удалось связать теории с данными наблюдений", - объясняет Роберт Штайн, аспирант исследовательского центра DESY в Германии и ведущий автор исследования. Это поистине захватывающее открытие, подтверждающее теоретические предсказания. AT2019dsg может стать хорошей отправной точкой для будущих исследований, направленных на углубление знаний об этом типе явлений.
Нейтрино: призрачные частицы, образующиеся в результате катастроф
Считается, что самые катастрофические события во Вселенной, такие как сильные галактические взрывы, ускоряют частицы почти до скорости света. Затем эти частицы сталкиваются с фотонами света или другими частицами с образованием нейтрино высокой энергии. Скорость этих нейтрино в 1000 раз превышает скорость самых мощных земных ускорителей. Первым источником нейтрино высокой энергии, подтвержденным в 2018 году, была сверхмассивная черная дыра в центре галактики. Однако теоретические ожидания указывали в качестве возможного источника также события приливного разрушения.
События приливного разрушения
Событие приливного разрушения происходит, когда звезда приближается к сверхмассивной черной дыре и разрывается на части приливными силами черной дыры. Материал разрушенной звезды накапливается в диске из обломков вокруг черной дыры, в то время как газ, образовавшийся в результате этого события, обычно успевает покинуть систему. В некоторых случаях часть массы звезды выплевывается из черной дыры в виде струй очень энергичных частиц.
"Приливные разрушения невероятно редки. Они случаются раз в 100 000 лет в галактике размером с нашу. Пока что наблюдалось всего несколько десятков", - говорит Брэдли Ченко, главный исследователь Swift в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА.
Спектральный анализ AT2019dsg
Использование электромагнитных спектров, полученных с помощью Swift и нескольких наземных телескопов, позволило исследователям изучить AT2019dsg на разных длинах волн. Событие показывает излучение в видимой и ультрафиолетовых диапазонах. Это происходит из внешней области диска с обломками, которые разорванная звезда оставила вокруг черной дыры. Необычным является тот факт, что это излучение стабилизировалось вскоре после достижения системой пиковой яркости, что должно произойти через несколько лет.
Исследователи подозревают, что рассматриваемая чудовищная черная дыра, в 30 раз превышающая размер Солнца, заставила звездный мусор оседать на диске быстрее, чем это сделала бы менее массивная черная дыра. AT2019dsg также излучает рентгеновские лучи, вероятно, исходящие из внутренней области диска или от струй высокоскоростных частиц, покидающих черную дыру. Рентгеновское излучение уменьшилось в течение нескольких месяцев, возможно, из-за быстрого охлаждения диска.
Из своего анализа AT2019dsg, Стейн и его коллеги предполагают, что частицы, ускорившиеся при приливном разрушении, могут производить нейтрино в трех различных областях. Именно, во внешнем диске, сталкиваясь с ультрафиолетовым светом; во внутреннем диске, сталкиваясь с рентгеновскими лучами, и в умеренном оттоке частиц из системы, сталкиваясь с другими частицами. Нейтрино, произведенное во время AT2019dsg, вероятно, возникло во внешней части диска, которая излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне: энергия отслеживаемой частицы была более чем в 10 раз выше, чем энергия, достижимая в земных коллайдерах частиц.
Это только второй раз, когда ученым удалось идентифицировать рождение очень энергичного нейтрино. Конечно, события такого масштаба уникальны, редки и непредсказуемы, а также разрушительны. Соавтор исследования Сьерт ван Велзен из Лейденского университета в Нидерландах с энтузиазмом отмечает: "Это еще один пример силы астрономии с участием многих людей. Сочетание света, частиц и пульсаций пространства-времени заставляет нас все больше и больше узнавать о космосе".