تم اكتشاف نيوترينوات عالية الطاقة من نواة المجرة النشطة (AGN) في قلب مجرة Messier 77 بواسطة مرصد IceCube للنيوترينو. تُعرف المجرة أيضًا باسم NGC 1068 ، وهي تحتوي على ثقب أسود هائل وتفتح الملاحظات نافذة على العمليات العنيفة التي يُعتقد أنها تخلق أشعة كونية.
النيوترينوات هي جسيمات مراوغة بالكاد تتفاعل مع مادة أخرى ويمكن أن تمر بسهولة عبر الأرض. مكعب ثلج يستخدم كيلومترًا مكعبًا من الجليد تحت القطب الجنوبي لمراقبة الاصطدامات النادرة للغاية بين النيوترينوات الكونية وجزيئات الماء. تنتج هذه التفاعلات جسيمات مشحونة سريعة الحركة تخلق ومضات من الضوء في الجليد تسمى إشعاع شيرينكوف. يتم التقاط الضوء من خلال شبكة تضم أكثر من 5000 كاشف داخل الجليد ، مما يسمح للفيزيائيين العاملين في IceCube Collaboration بمعرفة من أين أتت النيوترينوات.
أعلنت IceCube الملاحظات الأولى للنيوترينوات الكونية عالية الطاقة في عام 2013 وبعد خمس سنوات ، قام بأول اكتشاف على الإطلاق لـ نيوترينو كوني عالي الطاقة من نوع من النوى المجرية النشطة يسمى بلازار.
الآن ، أبلغ علماء IceCube عن أكبر كمية من النيوترينوات عالية الطاقة على الإطلاق. هذه عبارة عن 79 جسيمًا من M77 ، وهي مجرة بها 47 مليون ضوء-بعد سنوات. تم تسجيل الملاحظات بين مايو 2011 ومايو 2020 ، ويعتقد التعاون أن النيوترينوات نشأت من قلب نوى M77's AGN ، والتي كانت مخفية عن رؤيتنا بواسطة طارة كثيفة من الغبار والغاز.
اتصال الأشعة الكونية
يعتقد علماء الفيزياء الفلكية أن 79 نيوترينوات عالية الطاقة تم إنشاؤها عندما يتم تسريع الجسيمات المشحونة مثل البروتونات إلى طاقات عالية بواسطة الحقول المغناطيسية داخل AGN. ستهرب بعض هذه الجسيمات المتسارعة من الثقب الأسود وتصبح أشعة كونية. سوف يصطدم البعض الآخر بالجسيمات أو الفوتونات داخل النوى المجرية النشطة لإنتاج كمية قليلة من الميزونات. ثم تتحلل هذه الميزونات بسرعة إلى أشعة جاما والنيوترينوات. في M77 ، يتم تخفيف أشعة جاما بواسطة الطارة المغبرة للمجرة ، لكن معظم النيوترينوات تمر عبرها دون عوائق - مع وصول بعضها في النهاية إلى الأرض.
من المحتمل جدًا أن يتضمن تسارع الجسيمات المجالات المغناطيسية القوية الملتوية الموجودة داخل نوى مجرية نشطة. ومع ذلك ، ليس من الواضح مكان حدوث هذا التسارع المغناطيسي. تشمل المواقع المحتملة قرص تراكم المادة الذي يدور في الثقب الأسود الهائل أو الهالة المتوهجة ، وهي المنطقة شديدة الحرارة المحيطة مباشرة بالثقب الأسود. الاحتمال الآخر هو أن التسارع يحدث في نفاثات المادة التي تنفجر من النوى المجرية النشطة في اتجاهات عمودية على قرص التنامي.
فرانسيس هالزين من جامعة ويسكونسن ، ماديسون ، الذي يقود تعاون IceCube ، يقول عالم الفيزياء أن الملاحظات تكشف أن النيوترينوات تأتي من منطقة من النوى المجرية النشطة تسمى "الشرنقة" ، وهي منطقة جوهرية من النوى المجرية النشطة حيث تنفجر المادة إلى الخارج بواسطة النفاثات وتغلف الهالة.
لم يتم الكشف عن أشعة جاما
يشرح قائلاً: "تفقد فوتونات [أشعة غاما] التي يتم إنتاجها بشكل حتمي جنبًا إلى جنب مع النيوترينوات الطاقة في اللب الكثيف وتظهر عند طاقات منخفضة". "وهذا ما تؤكده حقيقة أن القمر الصناعي ناسا فيرمي [أشعة غاما] لا يكتشف المصدر في نطاق الطاقة للنيوترينوات المكتشفة."
الرأي التقليدي هو أن معظم الجسيمات والإشعاع المنبعث من نوى مجرية نشطة تنشأ في قرص التراكم الساخن ، ومع ذلك فقد تزايدت الشكوك حول صحة هذا النموذج الحراري للانبعاثات. آندي لورانس من جامعة إدنبرة يشير إلى أن بعض النوى المجرية النشطة لها سطوع متغير ، وتحدث هذه التقلبات بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن ربطها بالتغيرات في قرص التنامي. يضيف لورانس ، الذي لم يشارك في تعاون IceCube ، "قد تكون نظرية القرص الأكثر تعقيدًا بالإضافة إلى الانبعاثات غير الحرارية المصاحبة في هالة القرص أو الطائرة قد تؤدي الغرض."
في الواقع ، يبدو أن هذه الملاحظة الأخيرة من قبل IceCube تدعم فكرة أن تسارع الجسيمات يحدث في هالة النوى المجرية النشطة وليس في قرص التنامي.
الجيل القادم
على الرغم من أن الغموض الذي يكتنف كيفية تسريع الجسيمات في النوى المجرية النشطة لا يمكن حله باستخدام هذه النيوترينوات الـ 79 ، إلا أن ترقية الكاشف المسمى الجيل IceCube 2 يجب أن تكتمل بحلول عام 2033.
يحدد IceCube أربع مجرات كمصادر محتملة للأشعة الكونية
يقول هالزن إن الجيل 2 قد صُمم لدراسة مصادر النيوترينو مثل النوى المجرية النشطة. "سيكون للكاشف أكثر من ثمانية أضعاف حجم IceCube ، والأهم من ذلك ، دقة زاويّة أفضل أيضًا. سيسمح الجمع بين الاثنين بالاكتشافات مع عام من البيانات بدلاً من عقد من الزمان كما هو الحال الآن ".
ميسييه 77 هي مجرة مدروسة جيدًا من قبل علماء الفلك الهواة والمحترفين على حد سواء. وبالتالي ، فإن فهم كيفية إنتاج نيوترينوات عالية الطاقة يمكن أن يسمح لـ M77 بأن يصبح حجر رشيد لفهم المجرات النشطة الأخرى.
تم وصف البحث في علوم.
