'جسيمات الشبح' عالية الطاقة تتبع مجرة ​​بعيدة في اختراق علم الفلك

النيوترينو المعجل بلازار

رسم توضيحي لفنان لبلازار مثل ذلك الذي اكتشف مؤخرًا أنه يعمل على تسريع النيوترينوات والأشعة الكونية إلى سرعات هائلة. يرسل الثقب الأسود فائق الكتلة الموجود في مركز قرص التراكم نفاثًا ضيقًا عالي الطاقة من المادة إلى الفضاء ، عموديًا على القرص. (رصيد الصورة: DESY ، Science Communication Lab)



تتبع علماء الفلك نيوترينوًا عالي الطاقة إلى مصدره الكوني لأول مرة على الإطلاق ، مما أدى إلى حل لغز عمره قرن من الزمان في هذه العملية.



نيوترينوات هي جسيمات دون ذرية عديمة الكتلة تقريبًا ولا تحتوي على شحنة كهربائية وبالتالي نادرًا ما تتفاعل مع محيطها. في الواقع ، تتدفق تريليونات من هذه 'الجسيمات الشبحية' عبر جسمك دون أن يلاحظها أحد ودون عوائق في كل ثانية.

تأتي معظم هذه النيوترينوات من الشمس. لكن نسبة صغيرة ، التي تتباهى بطاقات عالية للغاية ، قد قفزت إلى أعناقنا من الغابة من الفضاء السحيق. منعت المراوغة المتأصلة في النيوترينوات علماء الفلك من تحديد أصل هؤلاء المتجولين الكونيين - حتى الآن. [ تتبع النيوترينو إلى مصدره: الاكتشاف بالصور ]



ملاحظات مرصد آيس كيوب نيوترينو في القطب الجنوبي ومجموعة من الأدوات الأخرى سمحت للباحثين بتتبع نيوترينو كوني واحد إلى بلازار بعيد ، مجرة ​​إهليلجية ضخمة بها ثقب أسود فائق السرعة سريع الدوران في قلبها.

وهناك المزيد. تسير النيوترينوات الكونية جنبًا إلى جنب مع الأشعة الكونية ، وهي جزيئات مشحونة عالية الطاقة تصطدم بكوكبنا باستمرار. لذا ، فإن الاكتشاف الجديد يربط الأوتاد كمسرعات على الأقل لبعض من أسرع الأشعة الكونية حركة أيضًا.

تساءل علماء الفلك عن هذا الأمر منذ ذلك الحين الأشعة الكونية تم اكتشافها لأول مرة في عام 1912. ولكن تم إحباطها بسبب الطبيعة المشحونة للجسيمات ، والتي تملي تجاذب الأشعة الكونية بهذه الطريقة وذلك بواسطة أجسام مختلفة أثناء قيامها بالتكبير عبر الفضاء. جاء النجاح أخيرًا من استخدام رحلة خط مستقيم لجسيم شبح زميل مسافر.



لقد بحثنا عن مصادر الأشعة الكونية لأكثر من قرن ، و وجدنا في النهاية واحدة قال فرانسيس هالزن ، كبير العلماء في مرصد IceCube Neutrino وأستاذ الفيزياء في جامعة ويسكونسن ماديسون ، لموقع ProfoundSpace.org. [ فيزياء أحمق: أروع الجسيمات الصغيرة في الطبيعة ]

في هذا الفنان

في الرسم التوضيحي لهذا الفنان ، استنادًا إلى صورة حقيقية لمختبر IceCube في القطب الجنوبي ، يُصدر مصدر بعيد نيوترينوات تم اكتشافها تحت الجليد بواسطة مستشعرات IceCube.(رصيد الصورة: IceCube / NSF)



جهد جماعي

IceCube ، التي تديرها مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF) ، هي صياد نيوترينو متخصص. يتكون المرفق من 86 كابلًا ، والتي تقع داخل آبار تمتد حوالي 1.5 ميل (2.5 كيلومتر) في جليد أنتاركتيكا. يحتوي كل كابل بدوره على 60 'وحدة بصرية رقمية' بحجم كرة السلة ، ومجهزة بأجهزة كشف الضوء الحساسة.

تم تصميم هذه الكواشف لالتقاط الضوء الأزرق المميز المنبعث بعد تفاعل النيوترينو مع نواة الذرة. (هذا الضوء ينبعث من جسيم ثانوي ناتج عن التفاعل. وفي حال كنت تتساءل: كل ذلك الجليد المغطى يمنع الجسيمات الأخرى غير النيوترينوات من الوصول إلى أجهزة الكشف وتسخين البيانات.) هذه أحداث نادرة ؛ قال هالزن إن IceCube يرصد فقط بضع مئات من النيوترينوات كل عام.

قدم المرفق بالفعل مساهمات كبيرة في علم الفلك. في عام 2013 ، على سبيل المثال ، قام IceCube بأول اكتشاف مؤكد للنيوترينوات من خارج مجرة ​​درب التبانة. لم يكن الباحثون قادرين على تحديد مصدر تلك الجسيمات الشبحية عالية الطاقة في ذلك الوقت.

في 22 سبتمبر 2017 ، التقط آيس كيوب نيوترينو كوني آخر. لقد كان نشيطًا للغاية ، حيث قام بتعبئة حوالي 300 تيرا إلكترون فولت - ما يقرب من 50 مرة أكبر من طاقة البروتونات التي تدور عبر أقوى مسرع للجسيمات على الأرض ، وهو مصادم هادرون كبير .

في غضون دقيقة واحدة من الاكتشاف ، أرسلت المنشأة إخطارًا تلقائيًا ، لتنبيه علماء الفلك الآخرين إلى العثور على الإحداثيات وترحيلها إلى رقعة السماء التي يبدو أنها تضم ​​مصدر الجسيم.

استجاب المجتمع: ما يقرب من 20 تلسكوبًا على الأرض وفي الفضاء جابوا تلك البقعة عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، من موجات الراديو منخفضة الطاقة إلى أشعة جاما عالية الطاقة. تتبعت الملاحظات المجمعة أصل النيوترينو إلى بلازار معروف بالفعل يسمى TXS 0506 + 056 ، والذي يقع على بعد حوالي 4 مليارات سنة ضوئية من الأرض.

على سبيل المثال ، كشفت ملاحظات المتابعة بواسطة عدة أدوات مختلفة - بما في ذلك تلسكوب ناسا الفضائي لأشعة غاما الذي يدور حول الأرض والتلسكوب الرئيسي لتصوير جاما في الغلاف الجوي (MAGIC) في جزر الكناري - عن اندفاع قوي لضوء أشعة غاما المتوهج من TXS 0506 + 056. [عالم أشعة جاما: صور بواسطة تلسكوب فيرمي الفضائي التابع لناسا]

قام فريق IceCube أيضًا بالاطلاع على بياناته الأرشيفية ووجدوا أكثر من عشرة نيوترينوات كونية أخرى يبدو أنها قادمة من نفس الانفجار. التقطت الكواشف هذه الجسيمات الإضافية من أواخر عام 2014 حتى أوائل عام 2015.

قال ألبريشت كارل ، كبير علماء آيس كيوب وأستاذ فيزياء جامعة ويسكونسن ماديسون ، في بيان: 'كل القطع تتلاءم معًا'. أصبح توهج النيوترينو في بياناتنا الأرشيفية تأكيدًا مستقلاً. جنبا إلى جنب مع الملاحظات من المراصد الأخرى ، فإنه دليل مقنع على أن هذا البلازار هو مصدر للنيوترينوات النشطة للغاية ، وبالتالي أشعة كونية عالية الطاقة '.

تم الإبلاغ عن النتائج في دراستين جديدتين تم نشرهما على الإنترنت اليوم (12 يوليو) في مجلة Science. يمكنك أن تجدهم هنا و هنا .

الفيزياء الفلكية متعددة الرسائل آخذة في الارتفاع

Blazars هي نوع خاص من المجرات النشطة فائقة السطوع التي تطلق نفاثات مزدوجة من الضوء والجزيئات ، أحدها موجه مباشرة إلى الأرض. (وهذا جزئيًا هو سبب ظهور البلازارات الساطعة بالنسبة لنا - لأننا في خط نيران الطائرات).

حدد علماء الفلك عدة آلاف من البلازارات في جميع أنحاء الكون ، ولم يتم العثور على أي منها حتى الآن يقذف النيوترينوات فينا مثل TXS 0506 + 056.

قال هالزن لموقع ProfoundSpace.org: 'هناك شيء مميز حول هذا المصدر ، وعلينا معرفة ماهيته'.

هذا مجرد سؤال واحد من العديد من الأسئلة التي أثارتها النتائج الجديدة. على سبيل المثال ، يرغب هالزن أيضًا في معرفة آلية التسارع: كيف ، بالضبط ، تحصل البلازارات على نيوترينوات وأشعة كونية تصل إلى هذه السرعات الهائلة؟

أعرب هالزن عن تفاؤله بالإجابة على مثل هذه الأسئلة في المستقبل القريب نسبيًا ، مشيرًا إلى قوة الفيزياء الفلكية متعددة الوسائط - استخدام نوعين مختلفين على الأقل من الإشارات لاستجواب الكون - المعروضة في الدراستين الجديدتين.

يتبع اكتشاف النيوترينو عن كثب في أعقاب معلم آخر متعدد الوسائط: في أكتوبر 2017 ، أعلن الباحثون أنهم قاموا بتحليل تصادم بين نجمين نيوترونيين فائقي الكثافة من خلال مراقبة كل من الإشعاع الكهرومغناطيسي وموجات الجاذبية المنبعثة خلال الحدث الدرامي.

وقالت فرانس كوردوفا ، مديرة مؤسسة العلوم الوطنية ، في نفس البيان: 'لقد حان عصر الفيزياء الفلكية متعددة الوسائط'. 'كل رسول - من الإشعاع الكهرومغناطيسي وموجات الجاذبية والآن النيوترينوات - يمنحنا فهمًا أكثر اكتمالاً للكون ورؤى جديدة مهمة حول أقوى الأشياء والأحداث في السماء.'

تابع مايك وول على تويتر تضمين التغريدة و + Google . تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو + Google . نُشر في الأصل في موقع demokratija.eu .