Учёные разработали алгоритмы для поиска источников космических лучей с помощью нейтрино

Лаборатория IceCube расположена недалеко от станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе в Антарктиде. Здесь, например, находятся компьютеры, записывающие данные. Автор: Фелипе Педрерос, IceCube/NSF

Исследователи надеются использовать нейтрино для поиска источников космического излучения. Новые алгоритмы из Бохума помогают в этом поиске и уже позволили исключить несколько кандидатов.

С 2009 года международная исследовательская группа использует нейтринный детектор IceCube на Южном полюсе для поиска источника космического излучения. Новые алгоритмы, разработанные группой профессора Анны Францовиак из Бохума, увеличивают вероятность обнаружения.

Эти алгоритмы позволяют определять энергию и направление частиц, измеряемых IceCube, в реальном времени, что даёт возможность телескопам по всему миру искать происхождение частиц. Команда также использует новые алгоритмы для переоценки архивных данных и недавно отвергла несколько кандидатов в источники космических лучей.

Результаты исследования опубликованы в трёх работах. Одна опубликована в The Astrophysical Journal, а две другие размещены на сервере препринтов arXiv.

Быстрое и точное определение траекторий нейтрино

Алгоритм команды Анны Францовиак для анализа траекторий нейтрино работает быстро и точно. «Нам требуется 30 секунд, чтобы рассчитать энергию и направление нейтрино, и мы немедленно распространяем информацию по всему миру», — объясняет Францовиак, руководитель исследовательской группы многоканальной и многомессенджерной астрономии. Она также является членом совместного исследовательского центра «Космическая взаимодействующая материя», координируемого в Бохуме.

Затем команда использует более медленный алгоритм для уточнения первоначального мгновенного результата и обновляет исходную информацию о нейтрино. Расчёт траектории теперь в четыре-пять раз точнее, чем при использовании предыдущих методов.

Телескопы по всему миру используют оповещения о нейтрино для изучения области неба, откуда пришло нейтрино, в поисках особо энергонасыщенных объектов, которые могли испустить частицу. «Эти небесные объекты могут светиться очень кратковременно, поэтому крайне важно, чтобы наша система работала в реальном времени», — говорит Францовиак.

Источники пока не найдены

После обнаружения потенциального источника нейтрино расчёты возобновляются. «Затем мы определяем, насколько вероятно, что, когда мы смотрим в направлении, откуда пришло нейтрино, мы видим такой светящийся небесный объект, который не имеет отношения к нейтрино», — объясняет Францовиак.

Исследователи рассматривали события приливного разрушения как источники нейтрино. «Это происходит, когда звезда подходит слишком близко к неактивной чёрной дыре, которая не поглощает материю, но растягивает звезду из-за своей сильной гравитации. Сторона звезды, обращённая к чёрной дыре, притягивается сильнее, чем противоположная сторона, что может разорвать звезду на части», — говорит физик.

За годы работы IceCube обнаружил три события с нейтрино, которые могли быть связаны с событиями приливного разрушения. Однако «после того как мы улучшили наш алгоритм реконструкции траекторий, мы снова проанализировали события, и пути нейтрино не совпадают с позициями, где происходили события приливного разрушения», — говорит Францовиак.

Больше информации: Джакомо Соммани и др., Два нейтрино с энергией 100 ТэВ, совпадающие с сейфертовской галактикой NGC 7469, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adb031
Джакомо Соммани и др., Улучшения в реконструкции оповещений IceCube в реальном времени, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2507.06957
Анджела Зегарелли и др., IceCat-2: Обновлённый каталог событий IceCube для трековых оповещений, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2507.06176

Источник: Рурский университет Бохума