IceCube
IceCube — крупнейший нейтринный телескоп мира. Он состоит не из бака, а из кубического километра антарктического льда — пронизанного световыми датчиками, которые висят глубоко в скважинах.
Установка расположена на географическом Южном полюсе, непосредственно рядом со станцией Амундсен — Скотт, и была завершена в декабре 2010 года.
Устройство
5 160 шарообразных световых датчиков висят на 86 стальных тросах на глубинах от 1 450 до 2 450 метров. Каждый шар содержит фотоумножитель и соответствующую электронику; он должен выдерживать давление и не выходить из строя десятилетиями, ведь добраться до него уже никогда не удастся.
Скважины протапливали горячей водой — отверстие глубиной 2,5 километра примерно за два дня. После этого вода вокруг датчиков снова замерзает и заключает их в лёд навсегда.
Регистрация происходит через излучение Черенкова. Нейтрино при взаимодействии во льду порождает заряженную частицу, световой конус которой улавливают датчики. По временам прихода на разные шары восстанавливают направление и энергию.
Почему лёд
Глубинный антарктический лёд поразительно прозрачен — прозрачнее любой искусственно очищенной воды, потому что давление за тысячелетия выдавило из него все пузырьки воздуха.
Кроме того, он бесплатен, имеется в любом количестве и тёмен. И он экранирует: над датчиками лежит полтора километра льда, задерживающие бо́льшую часть космических мюонов.
Недостаток по сравнению с водой — рассеяние. Лёд содержит границы зёрен и пылевые слои из прошлых климатических эпох, на которых свет меняет направление. Поэтому определение направления менее точное, чем у KM3NeT в Средиземном море.
Земля как фильтр
Хитрый приём и делает телескоп пригодным к работе. Сверху постоянно сыплются мюоны из атмосферы — в миллионы раз чаще, чем происходит любое нейтринное событие.
Поэтому IceCube смотрит вниз. Нейтрино, приходящие из Северного полушария, проходят сквозь всю Землю и входят в детектор снизу. Всё остальное задерживает планета.
Южный полюс глядит тем самым на северное небо.
Что было найдено
2013 — первые космические нейтрино. Коллаборация сообщила о событиях с энергиями в петаэлектронвольтном диапазоне, в тысячу раз выше всего, что производят ускорители. Их распределение по небу показало, что они должны происходить из-за пределов нашей Галактики. Три первых получили прозвища из «Улицы Сезам».
2017 — первый названный источник. 22 сентября IceCube зарегистрировал высокоэнергичное нейтрино и за считаные минуты разослал автоматическое оповещение обсерваториям по всему миру. Телескопы навелись на это место и нашли там блазар — активное ядро далёкой галактики с обозначением TXS 0506+056, которое как раз находилось во вспышке.
Впервые отдельное космическое нейтрино удалось соотнести с названным источником. Событие считается образцовым примером многоканальной астрономии.
2023 — Млечный Путь в нейтрино. Из данных за десять лет возникла карта нашей собственной Галактики, начерченная не светом, а частицами. На ней светится галактический диск — та же структура, которую видно на ночном небе как Млечный Путь, только в совершенно ином посланнике.
Что ещё делает IceCube
Детектор измеряет атмосферные нейтрино и определяет по ним параметры осцилляций. Более плотно оснащённая внутренняя область DeepCore понижает для этой цели порог регистрации.
При сверхновой в нашей Галактике одновременное высветление всех датчиков дало бы сигнал, даже без разрешения отдельных событий.
Планируется IceCube-Gen2 примерно с восьмикратным объёмом.
Связанные понятия
- Нейтринная астрономия — область исследований
- KM3NeT — аналог в Средиземном море
- Излучение Черенкова — принцип регистрации
- Космические мюоны — фон
Источники
- Коллаборация IceCube: Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos, Science 342, 1242856 (2013).
- Коллаборация IceCube и др.: Multimessenger observations of a flaring blazar, Science 361, eaat1378 (2018).
- Коллаборация IceCube: Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane, Science 380, 1338 (2023).