تكشف صورة النيوترينو لمجرتنا عن جزيئات عالية الطاقة من داخل مجرة ​​درب التبانة

مجرتنا درب التبانة هي ميزة مذهلة لسماء الليل ، يمكن رؤيتها بالعين المجردة كحزمة ضبابية من النجوم تمتد من الأفق إلى الأفق.

لأول مرة ، أنتج مرصد IceCube Neutrino في القارة القطبية الجنوبية صورة لمجرة درب التبانة باستخدام النيوترينوات – رُسُل فلكية صغيرة تشبه الأشباح.

في بحث نُشر اليوم في مجلة Science ، تقدم IceCube Collaboration – وهي مجموعة دولية تضم أكثر من 350 عالمًا – دليلًا على انبعاث نيوترينو عالي الطاقة قادم من مجرة ​​درب التبانة.

لم نكتشف بعد بالضبط من أين تأتي هذه الجسيمات في مجرتنا. لكن نتيجة اليوم تقربنا من العثور على بعض أكثر بيئات المجرة قسوة.

علم الفلك النيوترينو

تقدم النيوترينوات رؤية فريدة للكون حيث يمكنها السفر مباشرة من أماكن لا يمكن لأي جسيمات أو إشعاعات أخرى الهروب منها. هذا يجعلها مثيرة للاهتمام للغاية لعلماء الفلك ، لأن النيوترينوات توفر نافذة على البيئات الكونية المتطرفة التي تخلق نوعًا آخر من الجسيمات تسمى الأشعة الكونية.

الأشعة الكونية هي جسيمات عالية الطاقة تتخلل كوننا ، ولكن من الصعب تحديد أصولها. تكون الأشعة الكونية مشحونة كهربائيًا ، مما يعني أن مسارها عبر الفضاء يتم تشويشه بواسطة الحقول المغناطيسية ، وبحلول الوقت الذي يصل فيه المرء إلى الأرض ، لا توجد طريقة لمعرفة مصدرها.

اقرأ المزيد: اكتشاف النيوترينوات الفيزيائية الفلكية هو مجرد غيض من IceCube

ومع ذلك ، فإن البيئات التي تسرع الأشعة الكونية إلى طاقات غير عادية تنتج أيضًا نيوترينوات – والنيوترينوات ليس لها شحنة كهربائية ، لذا فهي تنتقل في خطوط مستقيمة لطيفة. لذا إذا تمكنا من اكتشاف مسار وصول النيوترينوات إلى الأرض ، فسوف يشير هذا إلى مكان نشوء النيوترينوات.

لكن اكتشاف هذه النيوترينوات ليس بهذه السهولة.

كيف تصطاد النيوترينوات

مرصد IceCube Neutrino ليس بعيدًا عن القطب الجنوبي. يستخدم أكثر من 5000 جهاز استشعار للضوء مصفوفة عبر كيلومتر مكعب من جليد أنتاركتيكا البكر للبحث عن علامات النيوترينوات عالية الطاقة من مجرتنا وخارجها.

تتدفق أعداد هائلة من النيوترينوات عبر الأرض طوال الوقت ، لكن جزءًا صغيرًا منها فقط يصطدم بأي شيء في طريقه.

ينتج كل تفاعل نيوترينو وميضًا صغيرًا من الضوء – وهذه الومضات الصغيرة هي ما تبحث عنه مستشعرات IceCube. يمكن تحديد اتجاه وطاقة النيوترينو من كمية ونمط الضوء المكتشف.

اكتشف IceCube سابقًا نيوترينوات عالية الطاقة قادمة من خارج مجرة ​​درب التبانة. ومع ذلك ، كان من الصعب عزل النيوترينوات منخفضة الطاقة القادمة من داخل مجرتنا.

وذلك لأن بعض الومضات التي تم اكتشافها IceCube يمكن إرجاعها إلى الأشعة الكونية التي تضرب الغلاف الجوي للأرض ، والتي تخلق النيوترينوات وجزيئات أخرى تسمى الميونات. لتصفية هذه الومضات ، طور باحثو IceCube طرقًا لتمييز الجسيمات المتكونة في الغلاف الجوي وتلك القادمة من مناطق أبعد من خلال شكل أنماط الضوء التي تخلقها في الجليد.

اقرأ المزيد: اكتشف تلسكوب نيوترينو أنتاركتيكا إشارة من قلب مجرة ​​نشطة قريبة

أدى تصفية الاكتشافات غير المرغوب فيها إلى جعل IceCube أكثر حساسية للنيوترينوات الفيزيائية الفلكية. جاء الاختراق الأخير الذي سمح بإنشاء صورة نيوترينو لمجرة درب التبانة من أساليب التعلم الآلي التي تعمل على تحسين تحديد شلالات الضوء التي تنتجها النيوترينوات ، فضلاً عن تحديد اتجاه النيوترينو وطاقته.

الاقتراب من الأشعة الكونية

ستساعد عدسة النيوترينو الجديدة الموجودة في مجرتنا في الكشف عن مكان وجود أقوى مسرعات الأشعة الكونية المجرية. نأمل أن نتعلم كيف يمكن أن تحصل هذه الجسيمات على الطاقة ، والعمل الداخلي لهذه المحركات المجرية عالية الطاقة.

ومع ذلك ، لا يزال يتعين علينا تحديد هذه المسرعات داخل مجرة ​​درب التبانة. وجد تحليل IceCube الجديد دليلًا على وجود نيوترينوات من مناطق واسعة من المجرة ، لكنه لم يكن قادرًا على تمييز المصادر الفردية.

فريقنا ، في جامعة كانتربري في نيوزيلندا وجامعة أديلايد في أستراليا ، لديه خطة لتحقيق هذه الخطوة التالية.

نحن نصنع نماذج للتنبؤ بإشارة النيوترينو القريبة من مسرعات الجسيمات المحتملة حتى نتمكن من استهداف بحثنا عن النيوترينوات.

تقوم طالبة البكالوريوس ريا هيويت وطالب الدكتوراه ريان بيرلي بفحص أزواج من مرشحي المسرعات وسحب الغبار الجزيئي. إنهم يخططون لتقدير تدفق النيوترينوات الناتج عن تفاعل الأشعة الكونية في السحب ، بعد انتقال النيوترينوات من المعجلات.

سيستخدمون نتائجهم لتمكين البحث المركز عن بيانات IceCube لمصادر انبعاثات النيوترينو. نعتقد أن هذا سيوفر مفتاح استخدام IceCube لكشف أسرار العمليات الأكثر نشاطًا في مجرة ​​درب التبانة.