Нейтрино предлагают новый взгляд на Млечный Путь.

Физики использовали призрачные субатомные частицы, исходящие из нашей галактики, чтобы составить новую карту.

Искусственный интеллект помог выбрать нейтринные иголки из стога сена данных, собранных нейтринным детектором IceCube (надземная лаборатория, на фото) в Антарктиде, чтобы составить новую карту Млечного Пути.

Эти субатомные частицы с чрезвычайно низкой массой не имеют электрического заряда и легко проходят через газ, пыль и даже звезды на пути от мест их возникновения к детекторам на Земле. Высокоэнергетические нейтрино проносятся по всему космосу, но откуда они берутся, обычно остается загадкой.

Теперь, объединив искусственный интеллект и данные, собранные в течение десяти лет с помощью детектора IceCube в Антарктиде, исследователи обнаружили первые доказательства того, что высокоэнергетические нейтрино исходят изнутри Млечного Пути, и нанесли эти частицы на изображение плоскости галактики. Это первый случай, когда наша галактика была изображена с помощью чего-либо, кроме света.

Карта включает предположения о конкретных источниках высокоэнергетических нейтрино в Млечном Пути, которые могут быть остатками прошлых взрывов сверхновых звезд, ядрами разрушившихся сверхгигантских звезд или другими пока еще неопознанными объектами, сообщает команда в журнале Science от 30 июня. Но для того, чтобы четко выделить такие объекты из данных, необходимы дополнительные исследования.

Ранее только несколько высокоэнергетических нейтрино были отслежены до их потенциальных мест рождения, все за пределами Млечного Пути. Среди них два, которые, как оказалось, исходят от черных дыр, разрушающих свои звезды-компаньоны, и другие из высокоактивной галактики, известной как блазар (SN: 5/16/22, SN: 7/12/18).

"В настоящее время мы совершенно однозначно наблюдаем нейтрино как из галактического, так и из внегалактического пространства", - говорит физик Кейт Шолберг из Университета Дьюка, не принимавший участия в исследовании. "Нам еще многое предстоит узнать, и может быть очень интересно выяснить, как увидеть Вселенную глазами нейтрино".

Нейтринная астрономия потенциально может позволить нам увидеть далекие объекты так, как никакие другие телескопы не могут сравниться. Это связано с тем, что нейтрино могут пересекать огромные пространства, не поглощаясь и не отклоняясь. Рентгеновские лучи, гамма-лучи, оптический свет и заряженные частицы, составляющие космические лучи, напротив, могут быть отклонены или поглощены по пути, что может скрыть их происхождение.

Для физика Наоко Курахаши Нейлсон из Дрексельского университета в Филадельфии карта, составленная ею и ее командой, является последним вкладом в изменение нейтринной науки. В прошлом нейтринные обсерватории, такие как IceCube, не предоставляли таких видов неба, какие предоставляют телескопы, использующие оптический свет, рентгеновское или гамма-излучение.

"Когда я только пришел в IceCube, - говорит Курахаши Нейлсон, - я использовал воздушные кавычки, когда произносил фразу "нейтринная астрономия". "Я больше так не делаю... Мне это не нужно, потому что мы начинаем разрешать вещи" в нейтринных изображениях, которые напоминают астрономические изображения других телескопов.

Недостатком нейтрино является то, что их очень трудно обнаружить. Эксперимент IceCube является огромным, отчасти для того, чтобы преодолеть эту проблему. Он состоит из 5160 датчиков, расположенных в кубическом массиве со стороной в один километр, погруженном глубоко в антарктический лед. Большой размер эксперимента увеличивает шансы увидеть крошечную долю нейтрино, летящих через пространство от Млечного Пути и других мест в космосе.

Из 100 000 или около того нейтрино, которые ученые IceCube наблюдают каждый год, некоторые оставляют длинные следы в детекторе, которые потенциально указывают на то, откуда пришли нейтрино. Однако многие сигналы нейтрино в IceCube известны как каскадные события. Они вызывают всплески света в детекторе, но не раскрывают происхождение нейтрино так хорошо, как треки.

"Это данные, которые мы раньше выбрасывали с точки зрения астрономии, - говорит Курахаши Нейлсон. В данных все еще есть информация, указывающая на то, откуда приходят нейтрино. Но трудно определить перспективные каскады в сотнях тысяч бессмысленных, фоновых событий, которые собрал IceCube".

Курахаши Нейлсон решил решить эту задачу, проанализировав десятилетие данных о каскадах IceCube с помощью системы искусственного интеллекта, известной как нейронная сеть. "Вы можете обучить нейронные сети определять, какие события стоит сохранить... [и] какие события больше похожи на фон", - говорит Курахаши Нейлсон.

Этот подход Курахаши Нейлсон впервые применила в 2017 году и неуклонно совершенствовала его, пока ей и ее коллегам не удалось идентифицировать нейтрино, использованные в новой карте.

"Это впечатляющий анализ, и вполне возможно, что методы еще не доведены до предела", - говорит Шолберг. "Очевидно, что предстоит проделать еще много работы, но очень интересно увидеть, что основные ожидания [нейтрино Млечного Пути] подтвердились. Это важный шаг вперед в понимании неба частиц высоких энергий".