سیاهچاله‌های غول پیکر ذرات ریز و شبح مانند می‌سازند

بلازارها، می‌توانند بیشتر ذرات ریز معروف به نوترینو را تولید کنند که ما روی زمین تولید می‌کنیم.

هنگامی که برخورد دهنده بزرگ هادرونی برای اولین بار روشن شد، عده‌ای نگران بودند که ممکن است سیاهچاله‌هایی ایجاد کند که زمین را به طور کامل ببلعد. فکر کردن به آن جالب است، زمانی را در نظر بگیرید که جهان می‌تواند ذرات زیر اتمی را با انرژی میلیون‌ها برابر بیشتر از انرژی انسان و ماشینهایشان تولید کند.

اما چه چیزی در جهان قادر است این ذرات ریز را که پرتوهای کیهانی نامیده می‌شوند، با چنین انرژی باورنکردنی آغشته کند؟ تشخیص آن غیرممکن است، زیرا اکثر این ذرات دارای بار منفی یا مثبت هستند، به این معنی که آنها باید از انحنای خطوط میدان مغناطیسی درهم در فضای بین ستاره‌ها پیروی کنند.

با این حال، امیدواری وجود دارد: همان فرآیندهایی که پرتوهای کیهانی را ایجاد می‌کنند، ذرات زیراتمی کوچک‌تری را نیز تولید می‌کنند که نوترینو نامیده می‌شوند. سارا بوسون (دانشگاه جولیوس-ماکسیمیلیان، آلمان) توضیح می‌دهد: «نوترینوهای اخترفیزیکی منحصراً در فرآیندهای شتاب پرتوهای کیهانی تولید می‌شوند» و از آنجایی که نوترینوها خنثی هستند، میدانهای مغناطیسی را نادیده می‌گیرند و مستقیماً به زمین سفر می‌کنند. مسیرهای نوترینوها را دنبال کنید و منبع آنها را پیدا کنید.

حداقل در اصل یک ایده است، اما در عمل به این راحتی نبوده است. رصدخانه نوترینویی IceCube غول پیکر که در عمق 1.35 کیلومتری (0.8 مایلی) در یخهای آبی شفاف قطب جنوب قرار گرفته است، سالانه تنها 10 نوترینو را شناسایی می‌کند که به اندازه کافی تاثیر می‌پذیرند تا نشان دهند که آنها مستقیماً از فضا می‌آیند. (پرتوهای کیهانی که بر جو زمین تأثیر می‌گذارند می‌توانند نوترینوهای کم‌انرژی تولید کنند که اگرچه در نوع خود جالب هستند، اما نمی‌توانند مستقیماً به منابع کیهانی مرتبط شوند.)

گیرنده یا گرفتار کننده نوترینو:

بخش بالایی سطح زمین تاسیسات رصد خانه  ice cube

Sven Lidstrom، IceCube / NSF

رصدخانه  ice cube از 86 رشته حسگر تشکیل شده است که به صورت عمودی در فاصله 17 متری از هم قرار دارند و هر رشته در اعماق یخ مدفون شده است.

مارک کراسبرگ، آیس کیوب / NSF

سازندگان نوترینو

ارتباط نوترینوهای پرانرژی با منابع اخترفیزیکی زمانی دشوار است که تعداد آنها کم و میلیون‌ها منبع احتمالی وجود داشته باشد. اما اکنون، تیم بوسون می‌گوید که آنها دقیقاً همین کار را انجام داده‌اند و نوترینوهای اخترفیزیکی را که IceCube شناسایی کرده‌اند به بلازارها در مرکز کهکشان‌ها ربط داده‌اند. در چنین اجسامی، یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم، گاز را فقط به بیرون پرتاب می‌کند تا مقداری از آن را دوباره در جتی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به بیرون پرتاب کند.

این تیم توزیع نوترینوها در آسمان را با توزیع فهرستی از بلازارها که در کاتالوگی به نام BZCat گردآوری شده بود مقایسه کردند و دریافتند که به طرز شگفت انگیزی با هم تطابق دارند: 10 مورد از 19 “نقطه داغ” نوترینو در آسمان جنوبی با بلازار های شناخته شده مطابقت دارد. بوزون می‌گوید شانس تصادفی بودن آن ارتباط تنها یک در میلیون است.

این اثر هنری یک بلازار را نشان می‌دهد: سیاه‌چاله‌ای پرجرم در مرکز یک کهکشان که گاز را به سمت پایین و بالا می‌آورد و سپس مقداری از آن را دوباره با یک جت نسبیتی که به سمت زمین می‌تابد، به بیرون می‌پاشد. NASA / JPL-Caltech

نتایجی که در مجله Astrophysical نشان داده شده است، مطالعات قبلی را گسترش می‌دهد که فقط یک ارتباط ضعیف بین نوترینوها و بلازارها پیدا کرده بود. اما آن مطالعات بر روی بلازارهایی که پرتوهای گاما ساطع می‌کنند، فوتون‌های پرانرژی که باید از جت‌های سیاه‌چاله می‌آیند، متمرکز بود. امواج شوک در هجوم پلاسما شتاب‌دهنده‌های ذرات طبیعی را تشکیل می‌دهند که فراتر از هر چیزی است که بشر ساخته است.

اما در این مورد، چون بوسون و همکارانش به بلازارهایی که پرتوهای گاما زیادی ساطع نمی‌کنند، نگاه کردند، نشان دادند که نوترینوها از شوک‌های خود جت‌ها نمی‌آیند، بلکه از دیسک گازی می‌آیند که در درون سیاه‌چاله می‌چرخند یا شاید از گاز بالای دیسکی که تازه وارد جت می‌شود.

فرانسیس هالزن، محقق اصلی رصدخانه ice cube، (دانشگاه ویسکانسین، مدیسون) که در مطالعه حاضر شرکت نداشت می‌گوید: بلازارها پرتوهای گاما تولید می‌کنند (البته، اما نه در زمانی که نوترینوها تولید می‌شوند). پرتوهای گاما توسط الکترون‌های جت تولید می‌شوند که حاوی مواد هدف کافی برای تولید نوترینو نیست.

هالزن می‌افزاید: مقاله این تصویر را با 9 منبع از 10 منبعی که فرمی در پرتوهای گاما مشاهده نکرده است، تأیید می‌کند.

بنابراین نتیجه نه تنها منبع نوترینوهای پرانرژی IceCube را محدود می‌کند، بلکه تأیید می کند که مکانیسم لازم برای تولید آنها در محیط اطراف خود سیاهچاله نهفته است.

مترجم : مرتضی نادری فرد

منبع:

GIANT BLACK HOLES MAKE TINY, GHOST-LIKE PARTICLES

BY: MONICA YOUNG JULY 20, 2022

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/giant-black-holes-make-tiny-ghost-like-particles/