Астрофизики из Университета Копенгагена представили самую подробную до сих пор модель нейтринного фона от всех звёзд в нашей галактике — Млечном Пути. Исследование даёт оценку того, сколько нейтрино достигает Земли от звёзд, где они формируются, и как распределена их энергия. Эти данные могут существенно помочь в планировании будущих экспериментов по детектированию нейтрино и расширить наше понимание внутренней структуры звёзд и физических процессов, происходящих в них.
Что такое «призрачные частицы»
Нейтрино — элементарные частицы, которые часто называют *«призрачными» из-за их необычных свойств. Они:
- чрезвычайно лёгкие,
- не имеют электрического заряда,
- очень слабо взаимодействуют с обычной материей.
Это означает, что нейтрино способны проходить сквозь целые планеты, звёзды и газовые облака, практически не изменяя свой путь. Такие частицы возникают в огромных количествах в результате ядерных реакций в ядрах звёзд и других высокоэнергетических астрофизических процессов.
Нейтрино присутствуют повсюду во Вселенной: буквально триллионы нейтрино проходят сквозь каждый кубический сантиметр нашей планеты каждую секунду, но они остаются почти невидимыми.
Модель распределения нейтрино в Млечном Пути
Группа исследователей из Нильс Бор Института разработала модель, объединяющую:
- современные теоретические модели звёзд,
- данные об положении и массе звёзд, полученные с помощью миссии ESA Gaia.
В результате учёные получили простейшую карту всех источников звёздных нейтрино в нашей галактике и оценили, сколько частиц каждый регион Млечного Пути «отправляет» к Земле.
Ключевые выводы исследования:
- Большинство звёздных нейтрино приходят из центральной части галактики — там сосредоточено максимальное количество звёзд и более массивные светила.
- Чем массивнее звезда, тем больше нейтрино она генерирует — особенно в её ядре, где идут ядерные реакции.
- Карта распределения нейтрино показывает, какие участки неба дают наибольший поток частиц, и помогает определить направления, в которых их легче всего обнаружить на Земле.
Почему важно знать происхождение нейтрино
В классической астрономии основным источником информации о звёздах служит электромагнитное излучение: свет, инфракрасные и рентгеновские лучи. Эти данные дают важную информацию о поверхности и окружающей среде звезды.
Однако нейтрино выходят непосредственно из ядра звезды, где происходят термоядерные реакции. Они не рассеиваются и не поглощаются веществом вокруг, а потому несут более прямую информацию о процессах, происходящих внутри звёзд.
По словам ведущего автора исследования, Пабло Мартинес-Мираве, нейтрино способны показать процессы, которые невозможно наблюдать с помощью обычного света или других форм электромагнитного излучения: «…они могут рассказать нам то, что свет и другие излучения не способны показать».
Практическое применение модели
Новая карта распространения нейтрино служит практическим инструментом для обсерваторий, занимающихся детектированием этих частиц. Большие нейтринные детекторы расположены глубоко под землёй или подо льдом, чтобы уменьшить фоновое воздействие других частиц. Примеры таких установок — IceCube Neutrino Observatory в Антарктиде и подземные детекторы в Европе и Японии.
С новыми данными о том, от каких областей галактики и каких типов звёзд чаще всего приходят нейтрино, экспериментаторы смогут точнее настраивать свои приборы и выбирать наиболее перспективные направления наблюдений.
Нейтрино как инструмент астрономии
Нейтрино давно используются для исследований нашей собственной звезды — Солнца. Десятилетиями физики изучают солнечные нейтрино, чтобы прояснить процессы термоядерного синтеза в его ядре.
Теперь те же принципы применяются к звёздам за пределами Солнечной системы. С учётом модели от Копенгагенского института:
- учёные могут начать сравнивать наблюдаемые нейтринные потоки с моделями звёзд различной массы и возраста,
- это поможет уточнить теории эволюции звёзд, от рождения до конечных стадий,
- и позволит искать возможные отклонения от стандартных моделей физики, которые не видны в других типах данных.
Нейтрино и фундаментальная физика
Поскольку нейтрино почти не взаимодействуют с веществом, любой непредвиденный эффект в их распространении может быть признаком новой физики, выходящей за рамки существующих теорий.
Это открывает возможность не только использовать нейтрино для изучения структуры галактики, но также для тестирования фундаментальных законов физики: отклонения от предсказаний могут указывать на процессы, которые ещё не включены в стандартные теории.
Где сосредоточены основные потоки нейтрино
Согласно новой модели:
- центр Млечного Пути является главным источником нейтрино для наблюдателей на Земле,
- далее следуют области, где плотность звёзд выше, чем в галактической периферии,
- звёзды, массивнее Солнца, дают значительно больший вклад в поток частиц.
Это означает, что для детекторных установок, чувствительных к направлениям, наблюдение в направлении галактического центра даёт наибольшую вероятность регистрировать нейтрино от звёзд.
Заключение
Новая карта нейтрinoотправления от всех звёзд Млечного Пути — важный шаг в развитии нейтринной астрономии. Она даёт чёткое представление о том, откуда приходят нейтринные потоки, с каким вкладом отдельных звёзд, и как эффективно использовать эту информацию для будущих наблюдений.
Изучение нейтрино продолжает развиваться как самостоятельный инструмент астрономии, дополняющий традиционное изучение света, рентгеновского и гамма-излучения и позволяющий заглядывать в глубинные процессы, происходящие внутри звёзд и в центре нашей галактики.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
