Scienziati dell'Istituto di fisica P. N. Lebedev dell'Accademia delle scienze russa (LPI RAS), il Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) e l'Institute for Nuclear Research of RAS (INR RAS) hanno studiato le direzioni di arrivo dei neutrini astrofisici con energie superiori a un trilione di elettronvolt (TeV) e sono giunti a una conclusione inaspettata:tutti nascono vicino a buchi neri al centro di lontane galassie attive potenti radiosorgenti. In precedenza, si presumeva che solo i neutrini con le energie più alte fossero ottenuti in sorgenti di questa classe.

I ricercatori ritengono che ci siano enormi buchi neri nei centri delle galassie attive nel nostro universo. Sono il cuore di questi oggetti con una luminosità di centinaia di milioni di soli. Le galassie attive che sono anche semplicemente quasar sono chiaramente visibili dalla Terra sia con telescopi ottici che con radiotelescopi.

Prima, Scienziati russi Alexander Plavin, Sergey Troitsky e i Kovalev (padre e figlio, entrambi Yuri) hanno trovato una connessione tra l'origine dei neutrini delle energie più alte (sopra i 200 trilioni di elettronvolt, questo è, TeV) e quasar radio. Questo è stato abbastanza sorprendente, perché i documenti teorici degli anni '90 indicavano che i neutrini astrofisici sarebbero nati solo a energie superiori a 1000 TeV.

I neutrini sono minuscole particelle elementari con una massa appena sopra lo zero, ma possono attraversare l'universo senza interagire con la materia e senza ostacoli. Milioni di neutrini al secondo passano attraverso ogni persona sulla Terra, completamente inosservato. Per registrare i neutrini, una collaborazione internazionale di scienziati ha costruito uno speciale telescopio per il ghiaccio in Antartide:il rivelatore Cherenkov IceCube con un volume di 1 chilometro cubo. In Russia, INR RAS e JINR stanno ora completando la costruzione del telescopio per l'acqua Baikal GVD nel lago Baikal, il cui volume ha già raggiunto 0,4 chilometri cubi. Ora è in corso l'acquisizione dei dati sulla parte operativa della struttura, che era già stato messo in funzione. Queste installazioni studiano il cielo negli emisferi nord e sud.

Dopo aver analizzato i dati raccolti in sette anni sul telescopio IceCube, gli scienziati inizialmente hanno scelto di analizzare un intervallo superiore a 200 TeV per studiare da quale direzione provenissero questi neutrini. Si è scoperto che una parte significativa di loro è nata in quasar, identificati dai radiotelescopi per la loro elevata luminosità. Più precisamente, i neutrini sono nati da qualche parte nei centri dei quasar. Ci sono enormi buchi neri che alimentano i loro dischi di accrescimento, così come espulsioni ultraveloci di gas molto caldo. Inoltre, esiste una connessione tra i potenti lampi di emissione radio in questi quasar e la registrazione dei neutrini da parte del telescopio Ice Cube. Poiché i neutrini viaggiano attraverso l'universo alla velocità della luce, i razzi arrivano a noi contemporaneamente ai neutrini.

Ora nel loro nuovo articolo pubblicato su Giornale Astrofisico , Gli scienziati russi sostengono che i quasar emettono anche neutrini di energie nell'ordine delle decine di TeV. Di conseguenza, si scopre che tutto—beh, quasi tutti:i neutrini astrofisici ad alta energia nascono nei quasar. Nota, oltre a loro, ci sono neutrini che nascono nell'atmosfera terrestre, e anche nel rivelatore Ice Cube stesso durante l'interazione dei raggi cosmici con la materia.

"È stupefacente, poiché per la produzione di neutrini con energie che differiscono di un fattore 100-1000, sono necessarie diverse condizioni fisiche. I meccanismi di produzione di neutrini nei nuclei galattici attivi discussi in precedenza funzionavano solo ad alte energie. Abbiamo proposto un nuovo meccanismo per la produzione di neutrini nei quasar, che spiega i risultati ottenuti. Anche se questo è un modello approssimativo, è necessario lavorarci sopra, effettuare simulazioni al computer, " afferma il capo ricercatore dell'INR RAS, membro corrispondente dell'Accademia Russa delle Scienze Sergey Troitsky. Il coautore della scoperta da LPI e MIPT, membro corrispondente dell'Accademia Russa delle Scienze, Yuri Kovalev, ha spiegato i risultati nel programma Hamburg Account su OTR.

A settembre 2020, un consorzio guidato dall'Istituto per la ricerca nucleare dell'Accademia delle scienze russa ha vinto una borsa di studio triennale del Ministero dell'Istruzione e della Scienza con un finanziamento di 100 milioni di rubli all'anno sul tema "Neutrini e astrofisica delle particelle". Sette organizzazioni unite insieme:INR RAS, JINR, LPI, MIPT, SAO RAS, SAI MSU, Università statale di Irkutsk. Circa 100 scienziati lavoreranno per risolvere il problema dell'origine dei neutrini, oltre a studiarne le proprietà. Il progetto comprende anche altri studi volti a comprendere la natura dei neutrini astrofisici ad alta energia, compresa la ricerca di fotoni della stessa gamma di energia presso l'installazione Carpet-3 del Baksan Neutrino Observatory, INR RAS (Caucaso settentrionale).

La connessione tra neutrini e radio quasar ha suscitato grande interesse nel mondo. Inizia il lavoro congiunto degli scienziati russi con l'esperimento sui neutrini ANTARES nel Mar Mediterraneo. Un recente articolo di scienziati europei e americani ha confermato in modo indipendente la scoperta del team russo utilizzando i dati del radiotelescopio negli Stati Uniti e in Finlandia. I nuovi eventi dell'arrivo dei neutrini astrofisici sono ora monitorati dai più grandi radiotelescopi e array di antenne del mondo.

Nel 2021, Scienziati russi raccoglieranno i primi dati dal telescopio Baikal GVD e li analizzeranno insieme ai dati del RATAN-600 e delle reti mondiali di radiotelescopi, che consentirà loro di esaminare in dettaglio i centri di quasar. Ci aspettano tante cose interessanti.