Маленькие красные точки испускают потоки нейтрино, допустили астрофизики
На маленькие красные точки (МКТ) — небольшие галактики в ранней Вселенной — может приходиться до 30% диффузного фона нейтрино. Такую оценку дали японские астрофизики в журнале Physical Review D.
Наш мир буквально пронизан нейтрино — трудно уловимыми частицами. Из-за отсутствия заряда и близкой к нулю массы регистрировать их трудно — монструозные детекторы вроде IceCube делают это по косвенным признакам. Как правило, в случае обнаружения нейтрино а том месте, откуда оно прилетело, можно найти источник, но большая часть — это диффузный фон со всех сторон, происхождение которого остается неясным.
Порождать высокоэнергетические нейтрино могут, например, блазары, которые выдают себя гамма-излучением. Но если бы все источники нейтринного фона испускали гамма-лучи — общий гамма-фон был бы выше.
Таким образом, наиболее перспективные кандидаты на роль генераторов этих нейтрино должны быть «скрытыми» объектами, из которых гамма-лучи не могут легко вырваться наружу. По мнению авторов нового исследования, на эту роль хорошо подходят МКТ: у них почти нет признаков джетов (а черные дыры наверняка есть) — возможно, они не могут пробиться через плотные газовые оболочки.
Описанная в статье модель такова. Струи все-таки есть — но выйти за пределы «кокона» не могут. Разогнанные ими до субсветовых скоростей протоны сталкиваются с фотонами аккреционного диска и образуют нейтрино в так называемом фотопионном процессе.
«В предложенном нами сценарии вокруг центральной черной дыры в такой маленькой красной точке ожидается обилие фотонов и плотного газа, что позволяет подобным столкновениям происходить с высокой эффективностью», — объясняет первый автор работы Кузе Рику.
Руководствуясь этой идеей, с помощью аналитических оценок, основанных на типичной светимости и пространственной плотности таких объектов, вычислили, какой вклад МКТ могут внести в повсеместный высокоэнергетический нейтринный фон. Кроме того, выполнили сложные численные расчеты, моделируя ускорение частиц, рождение вторичных частиц и их охлаждение, чтобы восстановить ожидаемый спектр нейтрино.
По этим оценкам, если принять, что в каждой МКТ есть источающая джеты сверхмассивная черная дыра, все вместе они могут производить до 10–30% диффузного фона нейтрино в диапазоне энергий 104–105 ГэВ.
«Хотя непосредственно наблюдать отдельные объекты сложно, мы считаем наше исследование важным, поскольку оно впервые показывает, что МКТ, с учетом их многочисленности, могут объяснять часть наблюдаемых высокоэнергетических нейтрино», — резюмирует Кузе.
В зависимости от условий рождения нейтрино, как известно, бывают трех разновидностей (ароматов) — электронные, мюонные и тау-нейтрино. Сравнение их соотношений может гипотезу японских ученых подтвердить или опровергнуть. Но для этого нужны новые детекторы и годы наблюдений.
