Японские физики заявили об обнаружении нейтринного излучения, исходящего от коллапсирующей звезды, с помощью детектора черенковского типа «Супер-Камиоканде». Для окончательного подтверждения этих данных требуется дополнительный объем информации.
Изучение нейтрино, испускаемых при коллапсе звезд, представляет собой одну из наиболее трудных задач в астрофизике. Сжатие ядра звезды под воздействием гравитации вызывает кратковременный выброс нейтрино. После этого наблюдается быстрое увеличение светимости и формирование сверхновой. Однако, не всегда можно наблюдать ее вспышку. В определенных случаях единственный метод обнаружения сверхновой — это регистрация потока нейтрино.
Единственный раз, когда ученым удалось получить информацию о нейтринном излучении коллапсирующей звезды, пришелся на 23 января 1987 года. Сверхновая, обозначенная позднее как SN 1987А, вспыхнула в соседней галактике Большое Магелланово Облако. Частицы зарегистрировали четыре земных детектора, в том числе «Камиоканде-II» ( Kamiokande-II) в Японии, предшественник «Супер-Камиоканде» (Super-Kamiokande).
Недавно в Милане (Италия) состоялась конференция «Нейтрино-2024 сообщению журнала Nature, физики из Токийского университета сообщили о том, что детектор «Супер-Камиоканде», вероятно, уже сейчас фиксирует данные о нейтринном излучении сверхновых. Впервые признаки этого были замечены среди большого количества событий, которые детектор ежедневно получает из различных источников. В основном, это ливни космических лучей, воздействующих на атмосферу, и потоки, исходящие от Солнца, где происходят термоядерные реакции.
«Мы зарегистрировали сигнал», – уклончиво ответил физик Накахата Масаюки, также принимавший участие в успешном проекте 1987 года. Для получения окончательных результатов эксперименту потребовалось 956 дней, однако имеющихся данных пока недостаточно, предупредил ученый.
Ежесекундно Землю и находящихся на ней людей пронизывает огромное количество нейтрино. Однако для их регистрации требуется сбор обширной статистики, поскольку эти субатомные частицы не имеют электрического заряда и демонстрируют крайне слабое взаимодействие с веществом. Специалисты в области астрофизики полагают, что нейтрино непрерывно возникают в процессе коллапса звёзд, формируя рассеянный нейтринный фон. Его регистрация — дело будущего.
«Строительство установки «Супер-Камиоканде» было завершено в период с 2018 по 2020 год, при этом объем резервуара с водой был увеличен до 50 килотонн. Детектор находится на глубине в один километр в цинковой шахте Камиока, недалеко от города Хида в Японии. Более крупный размер установки обеспечивает большую чувствительность. Это позволит выявить сигналы нейтринного излучения, исходящие от коллапсирующих звезд.
Детектор фиксирует нейтрино не посредством прямого измерения, а посредством регистрации следствия его взаимодействия с водой, а именно, его античастицы — антинейтрино. В результате столкновения протон, входящий в состав атома водорода, распадается на нейтрон и антиэлектрон. Антиэлектрон, двигаясь со скоростью света в воде (а не в вакууме), генерирует вспышку. Датчики-фотоумножители, расположенные на стенках емкости, фиксируют свет от этой вспышки.
Для идентификации антинейтринной вспышки и её отличия от других схожих явлений, в воду детектора внесли соль гадолиния, которая способна улавливать нейтроны. Этот процесс сопровождается высвобождением энергии. Таким образом, учёные анализируют сигнал, состоящий из двух последовательных вспышек.
По мнению исследователей, для того чтобы окончательно убедиться в регистрации нейтринного излучения от сверхновой, потребуется несколько лет. Однако к 2029 году, когда прекратит работу «Супер-Камиоканде», планируется завершить эту задачу. Параллельно с этим будет запущен новый детектор «Гипер-Камиоканде» ( Hyper-Kamiokande).
Фиксация нейтрино, испущенных сверхновыми, даст более глубокое понимание процессов, протекающих при гравитационном сжатии звезд. Помимо этого, обнаружение фонового излучения от звёзд, взорвавшихся миллиарды лет назад, позволит установить, являются ли нейтрино устойчивыми частицами, не претерпевающими распад. Этот вопрос давно занимает умы физиков.