تلسکوپ نوترینویی قطب جنوب سیگنالی را از قلب یک کهکشان فعال در نزدیکی خود شناسایی کرد.

یک رصدخانه عظیم نوترینو در اعماق زمین مدفون شده است یخ قطب جنوب او تنها دومین منبع فرا کهکشانی ذرات گریزان را که تاکنون پیدا شده است، کشف کرده است.

در نتایج منتشر شده در هفته گذشته در علم, همکاری IceCube از کشف نوترینوها از یک "کهکشان فعال" به نام NGC 1068 خبر می‌دهد که در فاصله 47 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.

چگونه یک نوترینو را تشخیص دهیم

نوترینوها ذرات بنیادی بسیار خجالتی هستند که اغلب با هیچ چیز دیگری تعامل ندارند. هنگامی که آنها برای اولین بار در دهه 1950 کشف شدند، فیزیکدانان به زودی متوجه شدند که آنها از برخی جهات برای نجوم ایده آل هستند.

از آنجایی که نوترینوها به ندرت ارتباطی با ذرات دیگر دارند، می توانند بدون مانع در سراسر جهان حرکت کنند. با این حال، خجالتی بودن آنها نیز تشخیص آنها را دشوار می کند. برای اینکه بتوانید به اندازه کافی مفید باشید، به یک آشکارساز بسیار بزرگ نیاز دارید.

اینجاست که IceCube وارد می شود. در طول هفت تابستان از سال 2005 تا 2011، دانشمندان در ایستگاه قطب جنوبی آموندسن-اسکات آمریکا با مته آب گرم، 86 سوراخ در یخ ایجاد کردند. عمق هر سوراخ تقریبا 2.5 کیلومتر و عرض آن حدود 60 سانتی متر است و شامل 60 آشکارساز نور به اندازه توپ بسکتبال است که به یک کابل طولانی متصل شده اند.

چگونه این به ما کمک می کند تا نوترینوها را تشخیص دهیم؟ گاهی اوقات، یک نوترینو به یک پروتون یا نوترون در یخ نزدیک آشکارساز برخورد می کند. این برخورد ذره بسیار سنگین‌تری به نام میون تولید می‌کند که با سرعت حرکت می‌کند و درخشش آبی از خود ساطع می‌کند که آشکارسازهای نور می‌توانند آن را دریافت کنند.

با اندازه گیری زمانی که این نور به آشکارسازهای مختلف می رسد، جهت میون (و نوترینو) را می توان محاسبه کرد. با نگاهی به انرژی ذرات، معلوم شد که بیشتر نوترینوهایی که IceCube شناسایی می کند در جو زمین ایجاد می شوند.

با این حال، بخش کوچکی از نوترینوها از فضای بیرون می آیند. تا سال 2022، هزاران نوترینو از جایی در جهان دور شناسایی شده اند.

نوترینوها از کجا می آیند؟

به نظر می رسد که از همه جهات کاملاً یکنواخت می آیند، بدون اینکه هیچ نقطه روشن آشکاری نمایان شود. این بدان معناست که باید منابع زیادی از نوترینوها وجود داشته باشد.

اما این منابع کدامند؟ تعداد زیادی نامزد، اجرام با صدای عجیب مانند کهکشان های فعال، اختروش ها، بلازارها و انفجارهای پرتو گاما وجود دارد.

در سال 2018، IceCube کشف اولین ساطع کننده نوترینوهای پرانرژی شناسایی شده را اعلام کرد: بلزار، که نوع خاصی از کهکشان است که اتفاقاً در حال پرتاب یک جت از ذرات پرانرژی در جهت زمین است.

این بلازار که با نام TXS 0506+056 شناخته می‌شود، پس از اینکه آیس کیوب یک نوترینوی پرانرژی را مشاهده کرد و تلگراف اخترشناس فوری را ارسال کرد، شناسایی شد. تلسکوپ‌های دیگر به تکاپو افتادند تا به TXS 0506+056 نگاهی بیندازند و متوجه شدند که در همان زمان پرتوهای گاما زیادی ساطع می‌کند.

این منطقی است، زیرا ما فکر می‌کنیم بلزارها با افزایش پروتون‌ها به سرعت‌های فوق‌العاده کار می‌کنند و این پروتون‌های پرانرژی سپس با گازها و تشعشعات دیگر تعامل می‌کنند تا پرتوهای گاما و نوترینوها را تولید کنند.

یک کهکشان فعال

بلازار اولین منبع فرا کهکشانی کشف شده بود. در این مطالعه جدید، IceCube دومین مورد را شناسایی کرد.

دانشمندان IceCube دهه اول داده‌هایی را که جمع‌آوری کرده بودند، دوباره بررسی کردند و از روش‌های فانتزی جدید برای اندازه‌گیری دقیق‌تر جهت‌ها و انرژی نوترینو استفاده کردند.

در نتیجه، یک نقطه روشن جالب از قبل در درخشش نوترینوی پس‌زمینه، فوکوس واضح‌تری پیدا کرد. حدود 80 نوترینو از یک کهکشان نسبتاً نزدیک و کاملاً مطالعه شده به نام NGC 1068 (همچنین به عنوان M77 شناخته می شود، زیرا هفتاد و هفتمین مدخل در فهرست معروف قرن هجدهم از اجرام نجومی جالب ایجاد شده توسط ستاره شناس فرانسوی چارلز مسیه) آمده بودند.

NGC 47 که در فاصله 1068 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، یک "کهکشان فعال" شناخته شده است، کهکشانی با هسته بسیار درخشان. حدود 100 برابر از بلازار TXS 0506+056 نزدیک‌تر است و زاویه آن نسبت به ما به این معنی است که پرتوهای گاما از هسته آن توسط گرد و غبار از دید ما پنهان می‌شوند. با این حال، نوترینوها با خوشحالی مستقیماً از میان گرد و غبار و به فضا زوم می کنند.

این کشف جدید اطلاعات زیادی را در اختیار اخترفیزیکدانان و ستاره شناسان در مورد آنچه دقیقاً در داخل NGC 1068 می گذرد، ارائه می دهد. در حال حاضر صدها مقاله در تلاش برای توضیح چگونگی عملکرد هسته داخلی کهکشان هستند و داده های جدید IceCube اطلاعاتی در مورد نوترینوها اضافه می کنند. به اصلاح این مدل ها کمک خواهد کرد.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

تصویر های اعتباری: ناسا / ESA / A. van der Hoeven