أصول الطاقة العالية نيوترينو تم تعقبها لأول مرة، مما أدى إلى حل لغز فلكي مهم
لفهم ومعرفة المزيد طاقة أو المادة ، فإن دراسة الجسيمات دون الذرية الغامضة أمر بالغ الأهمية. ينظر الفيزيائيون إلى الجسيمات دون الذرية - النيوترونات - لاكتساب مزيد من الفهم للأحداث والعمليات المختلفة التي نشأت منها. نحن نعرف عن النجوم وخاصة الشمس من خلال الدراسة النيوترونات. هناك الكثير الذي يمكن تعلمه حول الكون وفهم كيفية عمل النيوترينوات هو الخطوة الأكثر أهمية لأي عالم مهتم بالفيزياء وعلم الفلك.
ما هي النيوترينوات؟
النيوترينوات عبارة عن جسيمات بخارية (ومتطايرة جدًا) بدون كتلة تقريبًا، ولا تحتوي على شحنة كهربائية، ويمكنها المرور عبر أي نوع من المادة دون أي تغيير في نفسها. يمكن للنيوترينوات تحقيق ذلك من خلال تحمل الظروف القاسية والبيئات الكثيفة مثل النجوم، كوكب و المجرات. من السمات المهمة للنيوترينوات أنها لا تتفاعل أبدًا مع المادة الموجودة في محيطها، وهذا يجعل تحليلها صعبًا للغاية. كما أنها تتواجد في ثلاث "نكهات" - الإلكترون والتاو والميون، وتقوم بالتبديل بين هذه النكهات عندما تتأرجح. وهذا ما يسمى بظاهرة "الاختلاط" وهذا هو أغرب مجال للدراسة عند إجراء التجارب على النيوترينوات. أقوى خصائص النيوترينوات هي أنها تحمل معلومات فريدة عن أصلها الدقيق. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن النيوترينوات نشطة للغاية، إلا أنها لا تمتلك أي شحنة، وبالتالي تظل غير متأثرة بالمجالات المغناطيسية مهما كانت قوتها. أصل النيوترينوات غير معروف تمامًا. معظمها يأتي من الشمس ولكن عدد قليل خاصة تلك التي لديها طاقات عالية تأتي من مناطق أعمق من الشمس الفضاء. وهذا هو السبب في أن الأصل الدقيق لهذه التجوالات المراوغة لا يزال مجهولاً ويشار إليها باسم "جسيمات الأشباح".
تتبع أصل النيوترينو عالي الطاقة
في الدراسات التوأم الرائدة في علم الفلك المنشورة في علومتمكن الباحثون لأول مرة من تتبع أصل جسيم النيوترينو الشبحي دون الذري الذي تم العثور عليه في أعماق الجليد في القارة القطبية الجنوبية بعد أن سافر 3.7 مليار سنة إلى كوكب أرض1,2. يتم تحقيق هذا العمل من خلال تعاون أكثر من 300 عالم و49 مؤسسة. تم الكشف عن النيوترينوات عالية الطاقة بواسطة أكبر كاشف IceCube على الإطلاق تم إعداده في القطب الجنوبي بواسطة مرصد IceCube Neutrino في عمق طبقات الجليد. ولتحقيق هدفهم، تم حفر 86 حفرة في الجليد، عمق كل منها ميل ونصف، ونشرها على شبكة تضم أكثر من 5000 جهاز استشعار ضوئي، مما يغطي مساحة إجمالية قدرها كيلومتر مكعب واحد. كاشف IceCube، الذي تديره مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية، هو كاشف عملاق يتكون من 1 كابلًا يتم وضعها في آبار تمتد حتى الجليد العميق. تسجل الكواشف الضوء الأزرق الخاص الذي ينبعث عندما يتفاعل النيوترينو مع نواة الذرة. تم اكتشاف العديد من النيوترينوات عالية الطاقة ولكن لم يكن من الممكن تعقبها حتى تم اكتشاف نيوترينو بطاقة 86 تريليون إلكترون فولت بنجاح تحت غطاء جليدي. هذه الطاقة أكبر بحوالي 300 مرة من طاقة البروتونات التي تدور عبر مصادم هاردون الكبير وهو أقوى مسرع للجسيمات في هذا المجال. كوكب. بمجرد الانتهاء من هذا الاكتشاف، قام نظام في الوقت الحقيقي بجمع وتجميع البيانات بشكل منهجي، لكامل الطيف الكهرومغناطيسي، من المختبرات على الأرض وفي الفضاء. الفضاء حول أصل هذا النيوترينو.
تم إرجاع النيوترينو بنجاح إلى جسم مضيء Galaxy المعروف باسم "السترة". السترة هي نشاط بيضاوي الشكل عملاق Galaxy مع نفاثتين تنبعث منهما النيوترينوات وأشعة جاما. تمتاز بكتلتها الفائقة وسرعة دورانها المميزة الثقب الأسود في مركزها و Galaxy يتحرك نحو الأرض بسرعة الضوء. إحدى نفاثات السترة ذات طابع متوهج ومشرق وتشير مباشرة إلى الأرض مما يعطي ذلك Galaxy اسمه. السترة Galaxy يقع على يسار كوكبة أوريون وتبعد هذه المسافة عن الأرض حوالي 4 مليارات سنة ضوئية. تم اكتشاف كل من النيوترينوات وأشعة جاما بواسطة المرصد وأيضًا ما مجموعه 20 تلسكوبًا على الأرض وفي الفضاء. وأظهرت هذه الدراسة الأولى 1 اكتشاف النيوترينوات، وأظهرت دراسة ثانية لاحقة 2 أن السترة Galaxy وقد أنتجت هذه النيوترينوات في وقت سابق أيضًا في عامي 2014 و2015. ومن المؤكد أن السترة هي مصدر للنيوترينوات النشطة للغاية، وبالتالي للأشعة الكونية أيضًا.
اكتشاف رائد في علم الفلك
يعد اكتشاف هذه النيوترينوات نجاحًا كبيرًا ويمكن أن يتيح دراسة ورصد هذه النيوترينوات الكون بطريقة لا مثيل لها. ويقول العلماء إن هذا الاكتشاف قد يساعدهم في تعقب أصول الأشعة الكونية الغامضة لأول مرة. هذه الأشعة عبارة عن شظايا من الذرات التي تنزل إلى الأرض من خارج النظام الشمسي مشتعلة بسرعة الضوء. يتم إلقاء اللوم عليها في التسبب في مشاكل للأقمار الصناعية وأنظمة الاتصالات وما إلى ذلك. وعلى عكس النيوترينوات، فإن الأشعة الكونية عبارة عن جسيمات مشحونة وبالتالي تستمر المجالات المغناطيسية في التأثير وتغيير مسارها، مما يجعل من المستحيل تتبع أصولها. كانت الأشعة الكونية موضوع بحث في علم الفلك لفترة طويلة، وعلى الرغم من اكتشافها في عام 1912، إلا أن الأشعة الكونية تظل لغزًا كبيرًا.
في المستقبل، يمكن لمرصد النيوترينو على نطاق أوسع باستخدام بنية تحتية مماثلة لتلك المستخدمة في هذه الدراسة أن يحقق نتائج أسرع ويمكن إجراء المزيد من الاكتشافات للكشف عن مصادر جديدة للنيوترينوات. تعد هذه الدراسة، التي تم إجراؤها من خلال تسجيل ملاحظات متعددة والاطلاع على البيانات عبر الطيف الكهرومغناطيسي، أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز فهمنا لـ الكون آليات الفيزياء التي تحكمه. إنه توضيح رئيسي لعلم الفلك "متعدد الرسائل" الذي يستخدم على الأقل نوعين مختلفين من الإشارات لفحص الكون مما يجعله أكثر قوة ودقة في جعل مثل هذه الاكتشافات ممكنة. وقد ساعد هذا النهج في اكتشاف تصادم النجوم النيوترونية أيضًا موجات الجاذبية في الماضي القريب. كل واحد من هؤلاء الرسل يقدم لنا معرفة جديدة حول الكون والأحداث القوية في الغلاف الجوي. كما يمكن أن يساعد في فهم المزيد عن الأحداث المتطرفة التي حدثت منذ ملايين السنين والتي أدت إلى قيام هذه الجسيمات برحلتها إلى الأرض.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
1. The IceCube Collaboration وآخرون. 2018. الملاحظات المتعددة للبلازار المشتعل تتزامن مع النيوترينو عالي الطاقة IceCube-170922A. علوم. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration وآخرون. 2018. انبعاث النيوترينو من اتجاه Blazar TXS 0506 + 056 قبل تنبيه IceCube-170922A. علوم. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
