Международная группа ученых из Германии, Южной Африки, Польши, России, Чехии и Грузии выяснила природу редкого высокоэнергетического нейтрино, впервые в истории зафиксированного в сентябре 2017 года. Оказалось, что неуловимая частица была рождена релятивистскими струями блазара TXS 0506+056, удаленного на 3,8 миллиарда световых лет от Земли. Статья астрономов опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Исследователи тщательно проанализировали и смоделировали результаты наблюдений за TXS 0506+056, полученные с помощью интерферометра VLBA (Very Long Baseline Array) в период за 2009-2018 годы. Они проследили, как релятивистские струи блазара изменяли свое направление и плотность в течение усиления активности нейтрино между сентябрем 2014 года и мартом 2015 года, а также непосредственно до и после обнаружения высокоэнергетического нейтрино.
Блазар — разновидность квазара, которая меняет свою яркость и представляет собой ядро крупной эллиптической галактики. В центре блазара находится сверхмассивная черная дыра, которая порождает релятивистские струи или джеты — потоки плазмы, достигающие околосветовой скорости.
Выяснилось, что в случае TXS 0506+056 джеты сталкиваются друг с другом, производя яркие вспышки. Исследователи нашли четкие свидетельства прецессии внутренней части одного из джетов, полный цикл которой происходит примерно за 10 лет. Это явление происходит за счет эффекта Лензе-Тирринга, который наблюдается вблизи массивных вращающихся тел и выражается в появлении дополнительных ускорений тела, двигающегося в гравитационном поле. Столкновение джетов, по мнению ученых, является самым правдоподобным механизмом возникновения высокоэнергетических нейтрино.
Долгое время ученым было известно только о двух природных источниках нейтрино — Солнце и сверхновой 1987A. В 2017 году оптические детекторы нейтринной обсерватории IceCube, расположенной на антарктической станции Амундсен-Скотт, зафиксировали высокоэнергетический нейтрино. Частицу удалось отследить до блазара TXS 0506+056, что стало первым в истории подтверждением существования иного источника нейтрино — активных галактических ядер. Результаты нового исследования показали, что из-за двух сталкивающихся струй этот блазар является нетипичным.
Нейтрино представляет собой фундаментальную частицу, которая чрезвычайно слабо реагирует с веществом, за что ее часто называют «частицей-призраком».