Из глубин антарктического льда пришли волны, которых не должно существовать — источник неизвестен

NASA обнаружило аномальные радиосигналы из-под антарктического льда

Необычные радиосигналы, зафиксированные в толще антарктического льда, продолжают оставаться одним из самых интригующих феноменов современной астрофизики. Эти короткие импульсы, пришедшие снизу вверх, нарушают привычную симметрию взаимодействий частиц и ставят под сомнение понимание природы нейтрино.

Исследования, начатые в рамках программы NASA, показал, что и в глубинах Антарктиды происходят процессы, не объяснимые стандартной моделью физики.

Аномалия, пришедшая из-под льда

В период с 2016 по 2018 годы аэростат NASA с антенным комплексом ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) регистрировал радиосигналы, исходящие из недр ледяного покрова. Эксперимент задумывался как способ отслеживания высокоэнергетических космических лучей, взаимодействующих с атмосферой Земли.

Но часть зарегистрированных импульсов имела необычный угол — около 30° к поверхности, что невозможно объяснить стандартным прохождением нейтрино сквозь вещество планеты. По данным NASA, радиоволны должны были бы идти сверху вниз — от частиц, бомбардирующих атмосферу.

Но здесь наблюдалось обратное направление. Такая геометрия указывала либо на отражение от границы слоёв льда, либо на источник, находящийся под поверхностью. Последнее поставило под сомнение всю концепцию детектирования космических лучей и вынудило искать новые объяснения.

Почему учёные не приняли версию отражения? Отражённый сигнал имел бы искажения частоты и интенсивности, но зарегистрированные волны были чистыми, с характерным спектром взаимодействия элементарных частиц.

Исследователи пришли к выводу, что-либо через лёд проходит нечто, способное проникать на огромные расстояния без потерь, либо сама среда усиливает сигнал за счёт пока неизвестных эффектов.

Проверка и сопоставление данных

Чтобы исключить ошибку прибора, физики сверили результаты ANITA с архивами обсерватории Пьера Оже в Аргентине и данными детектора IceCube на Южном полюсе. За пятнадцать лет работы IceCube неоднократно фиксировал нейтрино, но ничего похожего на импульсы ANITA обнаружено не было. Это противоречие усилило подозрение, что речь идёт не о нейтрино, а о совершенно другом явлении.

"Мы не можем отнести эти сигналы ни к известным процессам, ни к ошибке измерения", — заявил физик проекта ANITA Питер Горэм в интервью журналу Scientific American.

Проверка моделей показала, что даже если предположить, что нейтрино движутся вверх после взаимодействия с веществом Земли, они не могут сохранять такую энергию и направление. Расчёты по стандартной модели демонстрируют экспоненциальное затухание при прохождении через километры льда и пород, чего в данном случае не наблюдалось.

Можно ли было ошибиться в калибровке прибора? Исследователи исключили эту возможность — сигналы повторялись при разных конфигурациях антенн и совпадали по характеристикам.

Так была подтверждена реальность феномена, но не его природа.

Гипотезы и отсеянные версии

На первом этапе обсуждалась идея о частицах тёмной материи, взаимодействующих иначе, чем нейтрино. Но анализ, проведённый по данным IceCube, показал отсутствие ожидаемых вторичных эффектов, что сделало эту версию маловероятной.

Некоторые теоретики предположили, что это проявление "новой физики" — гипотетических так называемых правых нейтрино, не участвующих в стандартных слабых взаимодействиях. Однако и эта гипотеза не выдержала проверки: сигналы имели слишком чёткую структуру, несвойственную для редких распадов или экзотических частиц.

Что если источник находится не в космосе, а в самом льду? Этот сценарий рассматривался как крайний. Микротрещины, движение пластов и локальные электрические разряды могли генерировать радиоволны, но спектр их частот резко отличается от зафиксированных ANITA импульсов.

Сравнение с естественными радиошумами показало: аномалия слишком регулярна, чтобы быть случайным природным шумом. Таким образом, осталась лишь категория "неизвестные события", куда и попали наблюдения ANITA.

В поисках объяснения

Исследователи Калифорнийского университета в Ирвине предположили, что необычный угол прихода сигналов связан с искажениями радиоволн на границе льда и воздуха. По их моделям, возможна локальная рефракция, создающая иллюзию обратного направления.

Но для этого нужно совпадение сразу нескольких факторов — плотности, температуры, толщины слоя и геометрии волнового фронта. Вероятность такого совпадения крайне мала.

Можно ли подтвердить гипотезу рефракции экспериментально? Сейчас готовится миссия нового детектора PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations). Этот прибор обладает вдвое большей чувствительностью и способен регистрировать более слабые и короткие радиоволны. Если феномен повторится, станет ясно, вызван ли он структурой льда или представляет собой нечто иное.

Учёные планируют поднять аэростат на ту же высоту, что и ANITA, и наблюдать за аналогичными секторами неба. Если сигналы будут обнаружены вновь, физика столкнётся с фактом, который придётся включать в фундаментальные теории взаимодействий.

Ошибка как путь к открытию

История ANITA демонстрирует типичный путь научного поиска: от уверенности в модели — к сомнению, затем к расширению границ возможного. Первоначальная уверенность в том, что это редкие нейтрино, сменилась признанием: данные не вписываются в известные представления.

Схожие ситуации происходили и ранее — от открытия рентгеновского излучения до наблюдения микроволнового фона. Каждое новое явление сначала воспринималось как сбой прибора, но со временем становилось основой новой области науки.

Что произойдёт, если источник сигналов окажется земного происхождения? Тогда ANITA подтвердит не астрономическую, а геофизическую аномалию — например, неучтённые электродинамические эффекты в антарктическом льду. Но даже это даст ценные данные о структуре ледяного покрова и динамике его слоёв.