З-під льоду в Антарктиці надходять дивні радіоімпульси, і вчені не впевнені, що це
15 липня, 2025 в 7:01
Нове дослідження надає додатковий контекст результатам — зафіксованої серії незвичайних радіосигналів — отриманим майже десять років тому детектором частинок в Антарктиді.
Про це розповідається у пресрелізі Пенсильванського університету.
Дивні радіоімпульси були виявлені в період з 2016 по 2018 рік за допомогою Антарктичної імпульсної транзиторної антени (ANITA) НАСА, низки приладів, запущених на повітряних кулях високо над Антарктидою, які призначені для виявлення радіохвиль від космічних променів, що потрапляють в атмосферу.
Метою експерименту ANITA було отримати уявлення про віддалені космічні події шляхом аналізу сигналів, що досягають Землі. Замість того, щоб відбиватися від льоду, сигнали — форма радіохвиль — здавалися такими, що надходять з-під горизонту, що не могло бути пояснено сучасним розумінням фізики частинок і, можливо, вказувало на нові типи частинок або взаємодій, раніше невідомих науці, заявляли тоді вчені.
У новому дослідженні, проведеному Обсерваторією П'єра Ожера в Аргентині, було проаналізовано 15 років космічних даних, щоб спробувати розібратися в цих сигналах. Команда міжнародних вчених нещодавно опублікувала свої результати в журналі Physical Review Letters.
«Радіохвилі, які ми виявили майже десять років тому, мали дуже крутий кут, приблизно 30 градусів під поверхнею льоду», — сказала Стефані Віссель, доцент кафедри фізики, астрономії та астрофізики, яка працювала в команді ANITA, що займалася пошуком сигналів від невловних частинок, які називаються нейтрино. «Хоча походження цих подій досі залишається незрозумілим, наше нове дослідження показує, що такі події не були зафіксовані в експерименті з тривалою експозицією, як-от в Обсерваторії П'єра Ожера. Отже, це не вказує на наявність нової фізики, а скоріше на необхідність додати більше інформації до цієї історії».
Вона пояснила, що за їхніми розрахунками, аномальний сигнал мав пройти через тисячі кілометрів скельної породи та взаємодіяти з нею, перш ніж досягти детектора, що мало б зробити радіосигнал невидимим, оскільки він був би поглинений скельною породою.
«Це цікава проблема, оскільки ми все ще не маємо пояснення того, що це за аномалії, але ми знаємо, що вони, найімовірніше, не є нейтрино», — сказала Віссель.
Нейтрино — це тип частинок без заряду й з найменшою масою серед усіх субатомних частинок, які є в надлишку у Всесвіті. Зазвичай вони випромінюються високоенергетичними джерелами, такими як Сонце, або під час великих космічних подій, таких як наднові або навіть Великий вибух, тому сигнали нейтрино є скрізь. Однак проблема цих частинок полягає в тому, що їх дуже важко виявити, пояснила Віссель.
«У будь-який момент через ваш ніготь проходить мільярд нейтрино, але нейтрино насправді не взаємодіють», — сказала вона. «Тож це проблема двосічного меча. Якщо ми їх виявляємо, це означає, що вони пролетіли весь цей шлях, не взаємодіючи з чим-небудь іншим. Ми можемо виявляти нейтрино, що надходить з краю спостережуваного Всесвіту».
Після виявлення та відстеження їхнього джерела ці частинки можуть розкрити більше інформації про космічні події, ніж навіть найпотужніші телескопи, додала Віссель, оскільки частинки можуть рухатися без перешкод і майже зі швидкістю світла, даючи підказки про космічні події, що відбулися за світлові роки від нас.
Віссель та команди дослідників з усього світу працюють над розробкою та створенням спеціальних детекторів для фіксації чутливих сигналів нейтрино, навіть у відносно невеликих кількостях. Навіть один невеликий сигнал від нейтрино містить безліч цінної інформації, тому всі дані мають значення, сказала вона.
«Ми використовуємо радіодетектори, щоб спробувати побудувати дійсно великі нейтринні телескопи, щоб ми могли відстежувати досить низьку очікувану частоту подій», — сказала Віссель, яка розробила експерименти для виявлення нейтрино в Антарктиді та Південній Америці.
ANITA є одним з таких детекторів, і його розмістили в Антарктиді, оскільки там мало шансів на перешкоди від інших сигналів. Щоб зафіксувати сигнали випромінювання, радіодетектор, розміщений на повітряній кулі, відправляють літати над крижаними просторами, фіксуючи так звані крижані зливи.
«Ми маємо ці радіоантени на повітряній кулі, яка літає на висоті 40 кілометрів над льодом в Антарктиді», — каже Віссель. «Ми направляємо наші антени вниз на лід і шукаємо нейтрино, які взаємодіють з льодом, виробляючи радіовипромінювання, яке ми потім можемо відчути на наших детекторах».
Ці особливі нейтрино, що взаємодіють з льодом, називаються тау-нейтрино. Вони виробляють вторинну частинку, яка називається тау-лептоном, яка вивільняється з льоду та розпадається. Фізичний термін «розпад» означає, що частинка втрачає енергію, рухаючись у просторі, і розпадається на складові частини. Це виробляє випромінювання, відоме як атмосферні зливи.
Якби вони були видимі неозброєним оком, повітряні зливи могли б виглядати як бенгальський вогник, що махає в одному напрямку, з іскрами, що тягнуться за ним, пояснила Віссель. Дослідники можуть розрізнити два сигнали — крижані та атмосферні зливи — щоб визначити властивості частинки, яка створила сигнал.
Ці сигнали можна відстежити до їхнього джерела, подібно до того, як м'яч, кинутий під кутом, передбачувано відскочить під тим самим кутом, каже Віссель. Однак аномальні знахідки не можна відстежити таким чином, оскільки кут набагато гостріший, ніж передбачають наявні моделі.
Аналізуючи дані, зібрані під час декількох польотів ANITA, і порівнюючи їх з математичними моделями та розгорнутими симуляціями як звичайних космічних променів, так і атмосферних злив, що рухаються вгору, дослідники змогли відфільтрувати фоновий шум і виключити можливість інших відомих сигналів, пов'язаних з частинками.
Потім дослідники порівняли сигнали з інших незалежних детекторів, таких як Експеримент Льодяний Куб та Обсерваторія П’єра Ожера, щоб перевірити, чи були дані про атмосферні зливи, що рухаються вгору, подібні до тих, що були виявлені ANITA, зафіксовані іншими експериментами.
Аналіз показав, що інші детектори не зареєстрували нічого, що могло б пояснити те, що виявила ANITA, що змусило дослідників описати сигнал як «аномальний», що означає, що частинки, які викликають сигнал, не є нейтрино, пояснила Віссель. Коли ці сигнали були вперше виявлені, з'явилися теорії, що вони не вписуються в стандартну картину фізики частинок, а інші припускали, що це може бути натяком на темну матерію, але нещодавня відсутність спостережень за допомогою Льодяного Кубу та Ожера значно звузила можливості, сказала Віссель.
Команди працюють над проєктами з використанням повітряних куль вже більше десяти років, пояснила Віссель, і додала, що її команда зараз працює над проектуванням і будівництвом наступного великого детектора. Новий детектор, який називається PUEO, буде більшим і кращим у виявленні нейтринних сигналів, сказала Віссель, і, сподіваємося, він проллє світло на те, що саме є аномальним сигналом.
«Я припускаю, що поблизу льоду, а також поблизу горизонту відбувається якийсь цікавий ефект поширення радіохвиль, який я не до кінця розумію, але ми, безумовно, дослідили кілька з них і поки що не змогли знайти жодного», — сказала Віссель. «Тож зараз це одна з тих давніх загадок, і я рада, що коли ми запустимо PUEO, ми матимемо кращу чутливість. В принципі, ми повинні бути в змозі краще зрозуміти ці аномалії, що значно допоможе нам зрозуміти наші фонові процеси і, зрештою, виявити нейтрино в майбутньому».