Ryska astrofysiker har kommit nära att fastställa ursprunget till högenergineutriner från rymden. Teamet jämförde data om de svårfångade partiklarna som samlats in av det antarktiska neutrinobservatoriet IceCube och om långa elektromagnetiska vågor uppmätt med radioteleskop. Kosmiska neutriner visade sig vara kopplade till flammor i mitten av avlägsna aktiva galaxer, som tros vara värd för supermassiva svarta hål. När materia faller mot det svarta hålet, en del av det accelereras och kastas ut i rymden, ger upphov till neutriner som sedan färdas genom universum med nästan ljusets hastighet.

Studien publiceras i Astrofysisk tidskrift och är också tillgänglig från arXiv preprint-förrådet.

Neutrinos är mystiska partiklar så små att forskare inte ens vet deras massa. De passerar utan ansträngning genom föremål, människor och till och med hela planeter. Högenergineutriner skapas när protoner accelererar till nästan ljusets hastighet.

De ryska astrofysikerna fokuserade på ursprunget till neutriner med ultrahög energi vid 200 biljoner elektronvolt eller mer. Teamet jämförde mätningarna av IceCube-anläggningen, begravd i Antarktis is, med ett stort antal radioobservationer. De svårfångade partiklarna visade sig dyka upp under radiofrekventa flammor i mitten av kvasarer.

Kvasarer är strålningskällor i mitten av vissa galaxer. De består av ett massivt svart hål som förbrukar materia som flyter i en skiva runt det och spyr ut extremt kraftfulla strålar av ultrahet gas.

"Våra fynd tyder på att högenergineutriner föds i aktiva galaktiska kärnor, speciellt under radiosignaler. Eftersom både neutrinerna och radiovågorna färdas med ljusets hastighet, de når jorden samtidigt, " sa studiens första författare Alexander Plavin.

Plavin är en Ph.D. student vid Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences (RAS) och Moscow Institute of Physics and Technology. Som sådan, han är en av få unga forskare som fick resultat av den kalibern i början av sin vetenskapliga karriär.

Neutrinos kommer ifrån där ingen hade väntat sig

Efter att ha analyserat omkring 50 neutrinohändelser som upptäckts av IceCube, teamet visade att dessa partiklar kommer från ljusa kvasarer som ses av ett nätverk av radioteleskop runt planeten. Nätverket använder den mest exakta metoden för att observera avlägsna objekt i radiobandet:mycket lång baslinjeinterferometri. Denna metod skapar i huvudsak ett gigantiskt teleskop genom att placera ut många antenner runt om i världen. Bland de största delarna av detta nätverk är Max Planck Societys 100-metersteleskop i Effelsberg.

Dessutom, teamet antog att neutrinerna dök upp under radiosignaler. För att testa denna idé, fysikerna studerade data från det ryska radioteleskopet RATAN-600 i norra Kaukasus. Hypotesen visade sig vara mycket rimlig trots det vanliga antagandet att högenergineutriner antas ha sitt ursprung tillsammans med gammastrålar.

"Tidigare forskning om högenergi-neutrinoursprung hade sökt sin källa direkt "under rampljuset." Vi tänkte att vi skulle testa en okonventionell idé, dock med lite hopp om framgång. Men vi hade tur, säger Yuri Kovalev från Lebedev Institute, MIPT, och Max Planck Institute for Radio Astronomy. "Data från år av observationer på internationella radioteleskoparrayer möjliggjorde det mycket spännande fyndet, och radiobandet visade sig vara avgörande för att fastställa neutrinos ursprung."

"I början, resultaten verkade för bra för att vara sanna, men efter att noggrant analyserat uppgifterna, vi bekräftade att neutrinohändelserna tydligt var associerade med signalerna som fångades upp av radioteleskop, " Sergey Troitsky från Institutet för kärnforskning av RAS tillade. "Vi kontrollerade den associationen baserat på data från år långa observationer av RATAN-teleskopet vid RAS Special Astrophysical Observatory, och sannolikheten för att resultaten är slumpmässiga är endast 0,2 %. Detta är en framgång för neutrinoastrofysik, och vår upptäckt kräver nu teoretiska förklaringar."

Teamet har för avsikt att kontrollera fynden igen och ta reda på mekanismen bakom neutrinos ursprung i kvasarer med hjälp av data från Baikal-GVD, en undervattensneutrinodetektor i Bajkalsjön, som är i slutskedet av byggandet och redan delvis i drift. De så kallade Cherenkov-detektorerna, används för att upptäcka neutriner – inklusive IceCube och Baikal-GVD – förlitar sig på en stor massa vatten eller is som ett sätt att både maximera antalet neutrinohändelser och förhindra att sensorerna avfyras av misstag. Självklart, fortsatta observationer av avlägsna galaxer med radioteleskop är lika avgörande för denna uppgift.