يربط تحليل نيوترينو IceCube المصدر المجري المحتمل للأشعة الكونية

تكبير / تمثيل فني لمصدر نيوترينو كوني يلمع فوق مرصد IceCube في القطب الجنوبي. تحت الجليد توجد أجهزة كشف ضوئية تلتقط إشارات النيوترينو.

IceCube / NSF

منذ أن اقترح الفيزيائي الفرنسي بيير أوجيه في عام 1939 الذي – التي الأشعة الكونية يجب أن تحمل كميات هائلة من الطاقة ، فقد حير العلماء حول ما يمكن أن ينتج هذه المجموعات القوية من البروتونات والنيوترونات التي تمطر على الغلاف الجوي للأرض. تتمثل إحدى الوسائل الممكنة لتحديد مثل هذه المصادر في التراجع عن المسارات التي سلكتها النيوترينوات الكونية عالية الطاقة في طريقها إلى الأرض ، نظرًا لأنها تنشأ عن اصطدام الأشعة الكونية بالمادة أو الإشعاع ، مما ينتج عنه جسيمات تتحلل بعد ذلك إلى نيوترينوات وأشعة جاما.

العلماء مع مكعب ثلج لقد حلل مرصد النيوترينو في القطب الجنوبي الآن ما يعادل عقدًا من اكتشافات النيوترينو هذه واكتشف دليلًا على أن مجرة ​​نشطة تسمى ميسييه 77 (المعروف أيضًا باسم Squid Galaxy) هو مرشح قوي لواحد من باعث النيوترينو عالي الطاقة ، وفقًا لـ أ ورقة جديدة نشرت في مجلة Science. إنه يقرب علماء الفيزياء الفلكية خطوة واحدة من حل لغز أصل الأشعة الكونية عالية الطاقة.

“تمثل هذه الملاحظة فجر القدرة على القيام بالفعل بعلم فلك النيوترينو ،” جانيت كونراد ، عضو IceCube من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا فيزياء APS. “لقد كافحنا لفترة طويلة لرؤية مصادر نيوترينو كونية محتملة ذات أهمية عالية جدًا والآن رأينا واحدة. لقد كسرنا حاجزًا.”

كما أبلغنا سابقًاو النيوترينوات السفر بالقرب من سرعة الضوء. قصيدة جون أبدايك عام 1959 ، “غال الكونية، “يثني على السمتين الأكثر تحديدًا للنيوترينوات: ليس لديهم شحنة ، وعلى مدى عقود ، اعتقد الفيزيائيون أنه ليس لديهم كتلة (لديهم في الواقع كتلة صغيرة جدًا). ​​النيوترينوات هي الجسيمات دون الذرية الأكثر وفرة في الكون ، لكنها نادرًا ما تتفاعل مع أي نوع من المواد. إننا نتعرض باستمرار للقصف في كل ثانية بملايين من هذه الجسيمات الدقيقة ، ومع ذلك فإنها تمر عبرنا مباشرةً دون أن نلاحظها. ولهذا أطلق عليها إسحاق أسيموف اسم “جزيئات الأشباح”.

READ  تستمر سنة سبيس إكس المزدحمة للغاية مع هبوط رواد الفضاء
عندما يتفاعل النيوترينو مع الجزيئات في الجليد الصافي في القطب الجنوبي ، فإنه ينتج جسيمات ثانوية تترك أثرًا للضوء الأزرق أثناء انتقالها عبر كاشف IceCube.
تكبير / عندما يتفاعل النيوترينو مع الجزيئات في الجليد الصافي في القطب الجنوبي ، فإنه ينتج جسيمات ثانوية تترك أثرًا للضوء الأزرق أثناء انتقالها عبر كاشف IceCube.

نيكول ر. فولر ، IceCube / NSF

هذا المعدل المنخفض من التفاعل يصنع النيوترينوات من الصعب للغاية اكتشافها، ولكن نظرًا لكونها خفيفة جدًا ، يمكنها الهروب دون عوائق (وبالتالي دون تغيير إلى حد كبير) من خلال الاصطدام بجزيئات المادة الأخرى. هذا يعني أنها يمكن أن توفر أدلة قيمة لعلماء الفلك حول الأنظمة البعيدة ، معززة بما يمكن تعلمه باستخدام التلسكوبات عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، وكذلك موجات الجاذبية. وقد أُطلق على هذه المصادر المختلفة للمعلومات معًا اسم علم الفلك “الرسول المتعدد”.

يدفن معظم صائدي النيوترينو تجاربهم في أعماق الأرض ، ومن الأفضل إلغاء التداخل الصاخب من المصادر الأخرى. في حالة IceCube ، يضم التعاون صفيفات من المستشعرات الضوئية بحجم كرة السلة مدفونة في أعماق جليد القارة القطبية الجنوبية. في تلك المناسبات النادرة التي يتفاعل فيها نيوترينو عابر مع نواة ذرة في الجليد ، ينتج عن الاصطدام جسيمات مشحونة تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية والفوتونات الزرقاء. يتم التقاط هذه بواسطة أجهزة الاستشعار.

لذا فإن IceCube في وضع جيد لمساعدة العلماء على تطوير معرفتهم بأصل الأشعة الكونية عالية الطاقة. مثل ناتالي ولتشوفر بشكل مقنع وأوضح في كوانتا في عام 2021:

الشعاع الكوني هو مجرد نواة ذرية – بروتون أو مجموعة من البروتونات والنيوترونات. ومع ذلك ، فإن الأشعة الكونية النادرة المعروفة باسم “الأشعة الكونية فائقة الطاقة” لها نفس القدر من الطاقة التي تتمتع بها كرات التنس التي يتم تقديمها بشكل احترافي. إنها أكثر نشاطًا بملايين المرات من البروتونات التي تدور حول النفق الدائري لمصادم الهادرونات الكبير في أوروبا بنسبة 99.9999991٪ من سرعة الضوء. في الواقع ، أكثر الأشعة الكونية نشاطا التي تم اكتشافها على الإطلاق ، والتي يطلق عليها اسم “جسيم يا إلهي” ، ضربت السماء في عام 1991 بسرعة تعادل 99.99999999999999999999951 في المائة من سرعة الضوء ، مما يمنحها طاقة كرة البولينج التي سقطت من الكتف ارتفاع على اصبع القدم.

ولكن من أين تنشأ مثل هذه الأشعة الكونية القوية؟ أحد الاحتمالات القوية نوى المجرة النشطة (AGNs) ، وجدت في وسط بعض المجرات. تنشأ طاقتها من الثقوب السوداء الهائلة في مركز المجرة ، و / أو من دوران الثقب الأسود.

READ  إطلاق عصير ESA في رحلة البحث عن الكنز الكونية

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *