Їх не дарма називають частинками-примарами. Вони всюди – трильйони їх постійно циркулюють у всьому: у наших тілах, на нашій планеті, навіть у всьому космосі – непомітно для нас. Ці так звані нейтрино – елементарні частинки, невидимі, неймовірно легкі й лише зрідка взаємодіють з іншою матерією. Слабкість їх взаємодій робить нейтрино надзвичайно важкими для виявлення. Але коли вченим вдається їх зафіксувати, вони можуть дати надзвичайні відомості про Всесвіт.
Нейтрино народжуються внаслідок бурхливих космічних подій, включаючи ядерні реакції усередині зірок. Тепер дослідники з Копенгагенського університету створили найповнішу на сьогодні модель, що відображає, скільки нейтрино генерують усі зірки нашої власної Галактики та скільки з них досягає Землі – повна картина, яка досі існувала лише загалом. Дослідження опубліковане у науковому журналі Physical Review D.
«Вперше ми отримали конкретну оцінку того, скільки цих частинок досягає Землі, звідки в галактиці вони беруться і як розподіляється їхня енергія. Оскільки частки-примари надходять безпосередньо з ядра зірок, вони можуть розповісти нам те, що не може розповісти світло та інші види випромінювання», — каже провідний автор нового дослідження, науковий співробітник Пабло Мартінес-Міраве з Інституту Нільса Бора.
«Дорожня карта» для обсерваторій
Дослідники об'єднали передові моделі зірок із даними телескопа Gaia Європейського космічного агентства, щоб скласти карту того, де в Чумацькому шляху в основному народжуються нейтрино.
Дослідження показує, що переважна більшість нейтрино надходить з області навколо галактичного центру, де зосереджена більшість зірок, особливо в областях, що знаходяться за кілька тисяч світлових років від Землі.
Ці знання є практичним інструментом для вчених, які намагаються зафіксувати нейтрино за допомогою величезних детекторів, які часто розташовані глибоко під землею. За допомогою цієї нової карти вони можуть збільшити свої шанси потрапити в ціль.
«Тепер ми знаємо точніше, де шукати галактичні нейтрино. Наші результати показують, що більшість нейтрино утворюється у зірках, маса яких дорівнює або перевищує масу Сонця. Це означає, що найкращі шанси виявити сигнали нейтрино пов'язані зі спостереженням у напрямку галактичного центру, де сигнал є найсильнішим», — пояснює Пабло Мартінес-Міраве.
Вікно у надра зірок — і, можливо, нова фізика
У той час як традиційна астрономія спирається на світло, рентгенівські промені та гамма-промені, нейтрино пропонують зовсім інший спосіб дослідження Всесвіту. Їхня особлива перевага полягає в тому, що вони можуть долати величезні відстані, не наражаючись на вплив середовища, тому, вимірюючи їх тут, на Землі, ми отримуємо дуже пряме уявлення про те, що відбувається там, за межами нашого Всесвіту.
Подібно до того, як нейтрино десятиліттями розповідали нам про те, що відбувається всередині ядра Сонця, дослідники сподіваються, що те саме стане можливим для всіх інших зірок, що знаходяться набагато далі.
«Нейтрино несуть інформацію безпосередньо з надр зірок. Якщо ми навчимося використовувати їх, вони зможуть дати нам нові знання про життєві цикли зірок і структуру нашої галактики так, як не зможе жодне інше джерело», — каже головний автор дослідження, професор Ірен Тамборра з Інституту Нільса Бора.
Крім розширення нашого розуміння зірок і нашої власної Галактики, ці знання зрештою можуть торкнутися фундаментальних питань фізики. Нейтрино взаємодіють із довкіллям настільки слабко, що можуть виявити нові фізичні закони, яких традиційні експериментальні методи будь-коли зможуть докласти необхідні зусилля.
«Оскільки нейтрино практично не схильні до впливу зовнішніх факторів, у нас є чіткі уявлення про те, як вони повинні поводитися на своєму довгому шляху до Землі. Тому навіть найменші відхилення у поведінці стануть важливим ключем до відкриття нових, невідомих фізичних явищ», — каже Ірен Тамборра, завершуючи:
"З нейтрино все одно що приглушити світло в кімнаті й раптово побачити те, що було приховано в темряві - а з цією новою моделлю у нас тепер є і мапа, і компас, щоб почати рухатися в цьому напрямі".
