رسم توضيحي لفنان مثل بليزر مثل الذي وجد مؤخرًا أنه يسرع النيوترينوهات والأشعة الكونية إلى سرعات هائلة. يرسل الثقب الأسود الهائل في مركز قرص التنامي نفاثة ضيقة عالية الطاقة من المادة إلى الفضاء ، متعامدة مع القرص.
(الصورة: © DESY ، معمل علوم الاتصال)
تتبع علماء الفلك نيوترينو عالي الطاقة إلى مصدره الكوني لأول مرة على الإطلاق ، وحل لغزًا عمره قرن من الزمن في هذه العملية.
النيوترينوات هي جزيئات دون ذرية تكاد تكون بلا كتلة ولا تحتوي على شحنة كهربائية وبالتالي نادرا ما تتفاعل مع محيطها. في الواقع ، تتدفق تريليونات من هذه "جزيئات الأشباح" عبر جسمك دون أن يلاحظها أحد ودون عوائق كل ثانية.
تأتي معظم هذه النيوترينوات من الشمس. لكن نسبة صغيرة ، تفتخر بطاقات عالية للغاية ، قد قفزت على عنقنا من الغابة من الفضاء العميق. منع المراوغة الكامنة في النيوترينو علماء الفلك من تحديد أصل مثل هؤلاء التجوال الكوني - حتى الآن. [تتبع النيوترينو إلى مصدره: الاكتشاف بالصور]
سمحت ملاحظات مرصد IceCube Neutrino في القطب الجنوبي ومجموعة من الأدوات الأخرى للباحثين بتتبع واحد من النيوترينو الكوني إلى blazar بعيد ، مجرة بيضاوية ضخمة مع ثقب أسود فائق السرعة سريع الدوران في قلبه.
وهناك المزيد. تسير النيوترينوات الكونية جنبًا إلى جنب مع الأشعة الكونية ، وهي جزيئات مشحونة عالية الطاقة تصطدم بكوكبنا باستمرار. لذا ، فإن الاكتشاف الجديد لربط الأوتاد كمسرعات على الأقل لبعض الأشعة الكونية الأسرع حركة أيضًا.
تساءل علماء الفلك عن هذا منذ اكتشاف الأشعة الكونية لأول مرة ، في عام 1912. لكن تم إحباطهم من طبيعة الجسيمات المشحونة ، والتي تملي أن الأشعة الكونية يتم جرها بهذه الطريقة وبأشياء مختلفة أثناء تكبيرها عبر الفضاء. أتى النجاح أخيرًا من استخدام رحلة الخط المستقيم لجسيم شبح زميل مسافر.
وقال فرانسيس هالزين ، كبير العلماء في مرصد IceCube Neutrino وأستاذ الفيزياء في جامعة ويسكونسن ماديسون ، للفضاء: "كنا نبحث عن مصادر الأشعة الكونية لأكثر من قرن ، وأخيرًا وجدنا واحدًا". كوم. [فيزياء أحمق: أروع الجزيئات الصغيرة في الطبيعة]
جهد جماعي
IceCube ، الذي تديره مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF) ، هو صياد نيوترينو مخصص. يتكون المرفق من 86 كابلًا ، والتي تقع داخل الثقوب التي تمتد حوالي 1.5 ميل (2.5 كيلومتر) في الجليد في القطب الجنوبي. كل كابل ، بدوره ، يحمل 60 "وحدة بصرية رقمية" بحجم كرة السلة ، مجهزة بأجهزة كشف ضوئية حساسة.
تم تصميم هذه الكواشف لالتقاط الضوء الأزرق المميز المنبعث بعد تفاعل النيوترينو مع النواة الذرية. (يتم التخلص من هذا الضوء بواسطة جسيم ثانوي تم إنشاؤه بواسطة التفاعل. وفي حالة ما إذا كنت تتساءل: كل هذا الغطاء الجليدي يمنع جزيئات أخرى غير النيوترينوات من الوصول إلى أجهزة الكشف وتسخين البيانات). هذه أحداث نادرة ؛ قال هالزن إن IceCube لا يرى سوى بضع مئات من النيوترينوات سنويًا.
قدم المرفق بالفعل مساهمات كبيرة في علم الفلك. في عام 2013 ، على سبيل المثال ، قام IceCube بأول اكتشاف مؤكد على الإطلاق للنيوترينوات من خارج مجرة درب التبانة. لم يتمكن الباحثون من تحديد مصدر جزيئات الأشباح عالية الطاقة في ذلك الوقت.
في 22 سبتمبر 2017 ، ومع ذلك ، التقط IceCube نيوترينو كوني آخر. لقد كانت نشطة للغاية ، حيث قامت بتعبئة حوالي 300 فولت تيرا إلكترون - أكبر بنحو 50 مرة من طاقة البروتونات التي تدور عبر أقوى مسرع الجسيمات في الأرض ، مصادم الهادرون الكبير.
في غضون دقيقة واحدة من الكشف ، أرسل المرفق إخطارًا تلقائيًا ، لتنبيه الفلكيين الآخرين إلى إحداثيات الترحيل ونقلها إلى رقعة السماء التي يبدو أنها تحتوي على مصدر الجسيم.
رد المجتمع: ما يقرب من 20 تلسكوبًا على الأرض وفي الفضاء تجوب تلك الرقعة عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، من موجات الراديو منخفضة الطاقة إلى أشعة غاما عالية الطاقة. تتبعت الملاحظات المجمعة أصل النيوترينو إلى بليزر معروف بالفعل يسمى TXS 0506 + 056 ، والذي يقع على بعد حوالي 4 مليارات سنة ضوئية من الأرض.
على سبيل المثال ، كشفت ملاحظات المتابعة التي أجرتها عدة أجهزة مختلفة - بما في ذلك التلسكوب الفضائي Fermi Gamma-ray المداري للأرض في ناسا والتلسكوب الرئيسي لتصوير جاما الجوي في تلسكوب Cherenkov (MAGIC) في جزر الكناري - عن انفجار قوي لأشعة أشعة غاما من TXS 0506 + 056. [عالم أشعة غاما: صور بواسطة تلسكوب Fermi الفضائي التابع لناسا]
كما قام فريق IceCube بمراجعة بيانات الأرشيف الخاصة به ووجد أكثر من اثني عشر من النيوترينوات الكونية الأخرى التي يبدو أنها تأتي من نفس البليزر. تم التقاط هذه الجسيمات الإضافية من قبل أجهزة الكشف من أواخر عام 2014 وحتى أوائل عام 2015.
وقال ألبريشت كارل ، وهو عالم بارز في آيس كيوب وأستاذ فيزياء ماديسون ، في بيان: "جميع القطع تناسب بعضها البعض". "أصبح توهج النيوترينو في بيانات أرشفتنا تأكيدًا مستقلاً. إلى جانب الملاحظات من المراصد الأخرى ، من الدلائل المقنعة أن يكون هذا البليزر مصدرًا للنيوترينات النشطة للغاية ، وبالتالي أشعة كونية عالية الطاقة."
تم الإبلاغ عن النتائج في دراستين جديدتين تم نشرهما عبر الإنترنت اليوم (12 يوليو) في مجلة Science. يمكنك العثور عليها هنا وهنا.
الفيزياء الفلكية متعددة الركاب في الارتفاع
Blazars هي نوع خاص من المجرة النشطة فائقة السطوع التي تنفجر النفاثات المزدوجة للضوء والجسيمات ، والتي تستهدف إحداها مباشرة الأرض. (وهذا جزئياً هو سبب ظهور البليزر لنا بشكل مشرق للغاية - لأننا على خط النار النفاث.)
لقد حدد الفلكيون عدة آلاف من الشفرات في جميع أنحاء الكون ، ولم يتم العثور على أي منها حتى الآن وهو يربط النيوترينو بنا مثل TXS 0506 + 056 is.
وقال هالزن لموقع Space.com: "هناك شيء مميز في هذا المصدر وعلينا أن نعرف ما هو".
هذا مجرد واحد من العديد من الأسئلة التي أثارتها النتائج الجديدة. على سبيل المثال ، يود هالزن أيضًا معرفة آلية التسارع: كيف ، بالضبط ، تحصل البليزرات على النيوترينوات والأشعة الكونية حتى هذه السرعات الهائلة؟
عبر هالزن عن تفاؤله بشأن الإجابة على مثل هذه الأسئلة في المستقبل القريب نسبيًا ، مشيرًا إلى قوة "الفيزياء الفلكية متعددة المرسلين" - استخدام نوعين مختلفين من الإشارات على الأقل لاستجواب الكون - في الدراستين الجديدتين.
يتبع اكتشاف النيوترينو عن كثب في أعقاب معلم آخر متعدد المسافرين: في أكتوبر 2017 ، أعلن الباحثون أنهم قاموا بتحليل تصادم بين نجمين نيوترونيين فائقين الكثافة من خلال ملاحظة كل من الإشعاع الكهرومغناطيسي والموجات الجاذبية المنبعثة خلال الحدث الدرامي.
وقالت فرانس كوردوفا ، مديرة NSF ، في نفس البيان: "عصر الفيزياء الفلكية متعدد الركاب موجود هنا". "كل رسول - من الإشعاع الكهرومغناطيسي وموجات الجاذبية والنيوترينوهات الآن - يمنحنا فهمًا أكمل للكون ورؤى جديدة مهمة لأقوى الأجسام والأحداث في السماء."
