يقترح تحليل النيوترينو Icecube مصدرًا محتملاً للأشعة الكونية بين النجوم

منذ أن اقترحه الفيزيائي الفرنسي بيير أوجيه في عام 1939 الذي – التي الأشعة الكونية يشعر العلماء بالحيرة حيال سبب تكوين هذه المجموعات القوية من البروتونات والنيوترونات التي تتساقط عبر الغلاف الجوي للأرض ، وتحمل كميات هائلة من الطاقة. تتمثل إحدى الطرق الممكنة لتحديد مثل هذه المصادر في تتبع المسارات التي قطعتها النيوترينوات الكونية عالية الطاقة في طريقها إلى الأرض ، حيث تصطدم بمادة أو إشعاع الأشعة الكونية لتكوين جسيمات تتحلل بعد ذلك إلى نيوترينوات وأشعة جاما.

العلماء مع مكعب ثلج قام مرصد النيوترينو في القطب الجنوبي بتحليل ما قيمته عقد من اكتشافات النيوترينو ووجد دليلًا على ما يسمى بالمجرة النشطة. ميسييه 77 (المعروف أيضًا باسم Squid Galaxy) هو مرشح قوي لباعث نيوترينو عالي الطاقة. ورقة جديدة نُشر في مجلة Science. هذا يقرب علماء الفيزياء الفلكية خطوة واحدة من حل لغز أصل الأشعة الكونية عالية الطاقة.

قالت جانيت كونراد من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهي عضوة في IceCube: “هذه الملاحظة تمثل حقًا فجر علم فلك النيوترينو”. قال الفيزياء APS. “لقد كافحنا لفترة طويلة لرؤية مصادر النيوترينو الكونية ذات الأهمية العالية التي رأيناها الآن. لقد كسرنا حاجزًا.”

كما لقد أبلغنا بالفعلو نيوترينوات يسافر بالقرب من سرعة الضوء. قصيدة جون أبدايك عام 1959 ، “المرارة الكونية، “يثني على اثنين من أكثر السمات المميزة للنيوترينوات: ليس لديهم شحنة ، وعلى مدى عقود ، اعتقد الفيزيائيون أنه ليس لديهم كتلة (لديهم في الواقع كتلة صغيرة). لكنهم نادرًا ما يتفاعلون مع أي مادة ، الملايين من هذه الجسيمات الدقيقة التي نراها كل ثانية ، نتعرض للقصف باستمرار ، لكنها تمر علينا دون أن يلاحظها أحد ، ولهذا أطلق عليها إسحاق أسيموف اسم “جسيمات الأشباح”.

هذا التفاعل منخفض المستوى يخلق النيوترينوات من الصعب جدا الكشف عنها، لكنها خفيفة للغاية بحيث يمكنها الهروب دون عوائق (وبالتالي دون تغيير إلى حد كبير) من خلال الاصطدام بجزيئات المادة الأخرى. هذا يعني أنها يمكن أن تزود علماء الفلك بأدلة قيمة حول الأنظمة البعيدة ، ويمكن دراستها باستخدام التلسكوبات وموجات الجاذبية عبر الطيف الكهرومغناطيسي. معًا ، تسمى هذه المصادر المختلفة للمعلومات علم الفلك “متعدد المستشعرات”.

يدفن معظم صائدي النيوترينو تجاربهم في أعماق الأرض ، ومن الأفضل إلغاء التداخل الصاخب من المصادر الأخرى. أما بالنسبة إلى IceCube ، فهو يتكون من صفائف من أجهزة الاستشعار البصرية بحجم كرة السلة مدفونة في أعماق الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي. في تلك الحالات النادرة ، عندما يتفاعل نيوترينو عابر مع نواة ذرة في الجليد ، ينتج عن الاصطدام جسيمات مشحونة تنبعث منها فوتونات فوق بنفسجية وزرقاء. يتم التقاطها بواسطة أجهزة الاستشعار.

لذلك سوف يساعد IceCube العلماء على تحسين معرفتهم بأصل الأشعة الكونية عالية الطاقة. مثل ناتالي فولكوف شرح في كوانتا في عام 2021:

الشعاع الكوني هو نواة – بروتون أو مجموعة من البروتونات والنيوترونات. حتى أن الأشعة الكونية “فائقة الطاقة” النادرة ، لديها نفس القدر من الطاقة مثل كرات التنس الموردة بشكل احترافي. بسرعة 99.9999991٪ من الضوء ، فهي أقوى بملايين المرات من البروتونات التي تدور حول النفق الدائري لمصادم الهادرونات الكبير في أوروبا. في الحقيقة ، أكثر الأشعة الكونية نشاطا التي تم الكشف عنها على الإطلاق ، الملقب بـ “جسيم يا إلهي” ، ضربت السماء في عام 1991 ، حيث كانت تسافر بسرعة 99.99999999999999999999951 في المائة من سرعة الضوء ، مما يمنحها طاقة كرة البولينج. ارتفاع على اصبع القدم.

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