13 таинственных сигналов из глубин антарктического льда

Тринадцать необычных радиосигналов, зафиксированных под ледяным щитом Антарктиды в ходе 208-дневной наблюдательной кампании 2019 года, поставили перед учеными загадку, разгадка которой может открыть новую главу в астрофизике. Исследователи из проекта «Антарктическая радиоматрица» (ARA) — коллаборации институтов, специализирующихся на физике частиц и астрофизике — полагают, что эти сигналы представляют собой первое экспериментальное свидетельство явления, известного как «излучение Аскарьяна».

Еще в 1962 году советский физик Гурген Аскарьян предсказал, что при прохождении высокоэнергетической космической частицы сквозь плотную среду, например лед, возникает слабый радиосигнал. Этот процесс можно сравнить с рябью на поверхности пруда от брошенного камня: под водой происходит невидимое глазу возмущение, которое, однако, порождает волны. Хотя явление было подтверждено в лабораторных условиях, зафиксировать его в естественной среде до сих пор не удавалось.

Результаты анализа, опубликованные в журнале Physical Review Letters, показывают, что характеристики всех 13 сигналов — направление прихода, частота, форма волны и ориентация электрического поля — с высокой точностью совпадают с теоретическими предсказаниями для излучения Аскарьяна. Такое излучение возникает, когда космические лучи взаимодействуют с молекулами льда, создавая каскад заряженных частиц.

Ученые оценили вероятность того, что зарегистрированные сигналы являются результатом случайных помех или наземных источников, как ничтожно малую — менее одного шанса на 3,5 миллиона. Этот показатель соответствует статистической значимости в 5,1 сигма, что в физике считается порогом для объявления об открытии. Исследователи полагают, что сигналы порождены плотными ядрами космических лучей, которые проникли в верхние слои льда и вызвали цепные реакции, приведшие к выбросу коротких радиоволн.

Ключ к неуловимым частицам

Данное открытие является важным шагом к главной цели проекта ARA — регистрации нейтрино сверхвысоких энергий. Эти чрезвычайно редкие космические частицы способны проходить сквозь материю почти без взаимодействия, что делает их «посланниками» из самых удаленных и энергичных уголков Вселенной. Отличить нейтрино от космических лучей ученые могут по углу и глубине сигнала во льду: космические лучи обычно взаимодействуют только в поверхностных слоях, тогда как нейтрино способны проникать гораздо глубже, генерируя сигналы под разными углами.

Ожидается, что публикация расширенных данных, охватывающих несколько дополнительных лет наблюдений со всех станций «Антарктической радиоматрицы», позволит подтвердить большее число кандидатов в эти редкие частицы. Если это произойдет, перед астрофизиками откроется новое окно для изучения самых загадочных и энергетических явлений в космосе.