Нейтрино помогут поймать гравитационные волны

Группа исследователей из Италии предлагает использовать детектор нейтрино для установления точного времени прихода сигнала от источника гравитационных волн — сверхновой.

Ученые надеются, что вспышка сверхновой в пределах Млечного Пути позволит получить долгожданное подтверждение существования гравитационных волн; успех эксперимента, однако, во многом зависит от того, удастся ли специалистам выделить полезный сигнал на фоне шума.

Авторы работы рассмотрели модель излучения сверхновой типа II и пришли к выводу о том, что определить момент достижения сигналом максимальной амплитуды можно с точностью до 10 мс.

По современным представлениям, нейтрино должны уносить с собой около 99% полной излучаемой энергии сверхновой. Образующееся в процессе термоядерного синтеза железное ядро звезды коллапсирует по достижении предела Чандрасекара; вещество падает по направлению к ядру и сжимается все сильнее, что приводит к нейтронизации (захвату электронов ядрами). Именно в этом процессе выделяются нейтрино; когда плотность вещества в центральной области достигает критического значения, внешние слои с силой выталкиваются в окружающее пространство, что, как считается, и должно вызывать появление гравитационных волн. В 1987 году, заметим, детекторы трех нейтринных обсерваторий зарегистрировали в общей сложности 24 нейтрино и антинейтрино, которые достигли Земли на три часа раньше, чем видимое излучение сверхновой SN 1987A, вспыхнувшей в Большом Магеллановом облаке на расстоянии 168 тысяч световых лет от Земли.

Итальянские ученые протестировали свою модель испускания нейтрино на примере сверхновой SN 1987A, а затем попытались как можно точнее оценить вероятные последствия взрыва звезды, удаленной на 65 тысяч световых лет, основываясь на данных о взаимодействиях электронов, позитронов, протонов и нейтронов в ее центральной области. После этого был проведен расчет эффективности регистрации виртуальных частиц в детекторе, размеры которого сравнимы с японским Super-Kamiokande, который вмещает 50 тысяч тонн воды. Объединив полученные данные, исследователи определили величину временного сдвига (5 мс) между появлением гравитационных волн и началом испускания нейтрино. Если научные группы будут координировать свои действия, процесс идентификации полезного сигнала, заключают авторы, должен значительно упроститься.

Полная версия отчета исследователей опубликована в журнале Physical Review Letters.

Вокруг гравитации разгорелось немало научных споров. Например, китайские ученые решили проверить истинность теории гравитационных колебаний. Для этого к полному солнечному затмению, случившемуся 22 июля 2009 года, был приурочен масштабный физический эксперимент.

Компьюлента