Поиск неуловимых нейтринных мультиплетов сужает возможные источники космических частиц

Направление прихода события высокоэнергетического нейтринного мультиплета, определенное экспериментом IceCube, наложенное на видимое ночное небо (сгенерировано в Stellarium). На правой панели показано увеличенное оптическое изображение той же области. Красный эллипс указывает на неопределенность 1σ, оцененную IceCube. Автор: Stellarium, Zwicky Transient Facility

Происхождение частиц чрезвычайно высоких энергий, заполняющих Вселенную, таких как протоны, электроны и нейтрино, остается одной из самых давних загадок современной астрофизики. Согласно ведущей гипотезе, «взрывные транзиенты», включая массивные взрывы звезд (сверхновые) и события приливного разрушения (TDE), вызванные разрыванием звезд черными дырами, могут быть теми космическими «двигателями», которые разгоняют эти энергетические частицы. Однако эта идея никогда не проверялась строго.

Исследовательская группа провела первый систематический поиск оптических аналогов для нейтринного «мультиплета» — редкого события, при котором несколько высокоэнергетических нейтрино обнаруживаются с одного направления за короткий период. Событие было зафиксировано Обсерваторией нейтрино IceCube, массивным детектором, погребенным глубоко в антарктическом льду.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.

Команду возглавляли Сэйдзи Тосикагэ, аспирант Высшей школы науки Университета Тохоку, Сигэо Кимура, профессор Института междисциплинарных исследований FRIS Университета Тохоку, и Масаоми Танака, также из Высшей школы науки Университета Тохоку.

Анализируя данные широкоугольных оптических наблюдений, которые совпадали в пространстве и во времени с нейтринным мультиплетом, исследователи искали видимые свидетельства возможных астрофизических источников. Однако их расследование не выявило ни сверхновых, ни TDE, ни других взрывных транзиентов в соответствующие времена и позиции.

Это отсутствие оптических аналогов, как ни парадоксально, весьма информативно. Ненаблюдение позволяет команде установить более строгие, чем когда-либо прежде, ограничения на то, насколько яркими и долговечными могли бы быть такие взрывные события, если бы они производили нейтринные мультиплеты.

Ограничения на светимость и временные масштабы ее эволюции для взрывных транзиентов, которые могут служить источниками высокоэнергетических частиц, на основе текущих многоволновых наблюдений. Затененные области обозначают исключенное пространство параметров. Левая панель показывает результаты для светящегося класса сверхновых (так называемых сверхсветящихся сверхновых), а правая — для событий приливного разрушения. Желтые прямоугольники указывают типичные диапазоны светимости и времени ее эволюции для каждого типа транзиентов. Автор: The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adfedf

«Хотя на этот раз мы не нашли никаких транзиентных источников, наши результаты показывают, что даже „ненаходки“ могут давать мощные подсказки, — сказал Тосикагэ. — Они помогают нам уточнять наши модели и направлять будущие поиски истинных источников высокоэнергетических нейтрино».

В перспективе команда планирует проводить оперативные оптические наблюдения за вновь обнаруженными нейтринными мультиплетами сразу после того, как коллаборация IceCube сообщит о них.

Ожидается, что эти усилия, основанные на методах анализа, разработанных в данном исследовании, приблизят исследователей к идентификации астрофизических «двигателей», генерирующих высокоэнергетические частицы по всей Вселенной.

Больше информации: Seiji Toshikage et al, The First Search for Optical Transient as a Counterpart of a Month-timescale IceCube Neutrino Multiplet Event, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adfedf

Источник: Tohoku University