أول صورة نيوترينو لمجرة نشطة

لأكثر من عشر سنوات ، ظل مرصد IceCube في القطب الجنوبي يراقب الآثار الخفيفة للنيوترينوات خارج المجرة. أثناء تقييم بيانات المرصد ، اكتشف فريق بحث دولي بقيادة جامعة ميونيخ التقنية (TUM) مصدر إشعاع نيوترينو عالي الطاقة في المجرة النشطة NGC 1068 ، والمعروفة أيضًا باسم Messier 77.

الكون مليء بالأسرار. يتضمن أحد هذه الألغاز مجرات نشطة ذات ثقوب سوداء عملاقة تقع في مراكزها. تقول إليسا ريسكوني ، أستاذة الفيزياء التجريبية مع الجسيمات الكونية في TUM: “اليوم ما زلنا لا نعرف بالضبط ما هي العمليات التي تحدث هناك”. لقد اتخذ فريقها الآن خطوة كبيرة نحو حل هذا اللغز: اكتشف علماء الفيزياء الفلكية مصدرًا عالي الطاقة للنيوترينو في المجرة الحلزونية NGC 1068.

من الصعب للغاية استكشاف مراكز المجرات النشطة باستخدام التلسكوبات التي تكتشف الضوء المرئي أو أشعة جاما أو الأشعة السينية من الفضاء ، لأن سحب الغبار الكوني والبلازما الساخنة تمتص الإشعاع. يمكن للنيوترينوات فقط الهروب من الجحيم عند حواف الثقوب السوداء. هذه النيوترينوات ليس لها شحنة كهربائية وتقريبا ليس لديها كتلة. إنها تتخلل الفضاء دون أن تنحرف عن طريق المجالات الكهرومغناطيسية أو تمتص. هذا يجعل من الصعب للغاية اكتشافها.

كانت أكبر عقبة في علم فلك النيوترينو حتى الآن هي فصل الإشارة الضعيفة جدًا عن ضوضاء الخلفية القوية الناتجة عن تأثيرات الجسيمات من الغلاف الجوي للأرض. استغرق الأمر سنوات عديدة من القياسات باستخدام مرصد IceCube Neutrino وطرق إحصائية جديدة لتمكين Resconi وفريقها من تجميع أحداث نيوترينو كافية لاكتشافهم.

عمل المخبر في الجليد الأبدي

تلسكوب IceCube ، الموجود في جليد القطب الجنوبي ، يكتشف آثار الضوء الناتجة عن النيوترينوات الساقطة منذ عام 2011. “بناءً على طاقتها وزاوية حدوثها ، يمكننا إعادة بناء المكان الذي أتت منه” ، كما يقول عالم TUM ، الدكتور ثيو. جلاوش. “يُظهر التقييم الإحصائي مجموعة مهمة للغاية من تأثيرات النيوترينو قادمة من اتجاه المجرة النشطة NGC 1068. وهذا يعني أنه يمكننا أن نفترض باحتمالية تقترب من اليقين أن إشعاع النيوترينو عالي الطاقة يأتي من هذه المجرة.”

تم اكتشاف المجرة الحلزونية ، على بعد 47 مليون سنة ضوئية ، في وقت مبكر من القرن الثامن عشر. NGC 1068 – المعروفة أيضًا باسم Messier 77 – تشبه مجرتنا من حيث الشكل والحجم ، ولكن مركزها شديد الإضاءة وهو أكثر إشراقًا من مجرة ​​درب التبانة بأكملها ، على الرغم من أن المركز لا يتجاوز حجم نظامنا الشمسي تقريبًا. يحتوي هذا المركز على “نواة نشطة”: كل ضخم أسود كتلته حوالي مائة مليون مرة كتلة شمسنا ، والتي تمتص كميات كبيرة من المواد.

ولكن كيف وأين تتولد النيوترينوات هناك؟ يقول ريسكوني: “لدينا سيناريو واضح”. “نعتقد أن النيوترينوات عالية الطاقة هي نتيجة التسارع الشديد الذي تتعرض له المادة الموجودة بالقرب من الثقب الأسود ، مما يرفعها إلى طاقات عالية جدًا. نعلم من تجارب معجلات الجسيمات أن البروتونات عالية الطاقة تولد نيوترينوات عندما تصطدم مع جسيمات أخرى ، وبعبارة أخرى: لقد وجدنا معجلًا كونيًا.

مراصد النيوترينو لعلم الفلك الجديد

NGC 1068 هو المصدر الأكثر أهمية إحصائيًا للنيوترينوات عالية الطاقة التي تم اكتشافها حتى الآن. سيكون المزيد من البيانات ضروريًا من أجل التمكن من توطين مصادر النيوترينو الأضعف والأبعد والتحقيق فيها ، كما يقول ريسكوني ، الذي أطلق مؤخرًا مبادرة دولية لبناء تلسكوب نيوترينو بحجم عدة كيلومترات مكعبة في شمال شرق المحيط الهادئ والمحيط الهادئ. تجربة النيوترينو ، P-ONE. جنبًا إلى جنب مع مرصد IceCube من الجيل الثاني المخطط له – IceCube Gen2 – سيوفر البيانات لعلم فلك النيوترينو في المستقبل.