کهکشان راه شیری در تصویر جدید نوترینویی «ذره روح» می‌درخشد!!

دانشمندان تصویر جدیدی از “ذره روح” از کهکشان راه شیری منتشر کردند. این اولین تصویری است که از کهکشان خانگی ما از نوترینو به جای نور مرئی برای تصویربرداری استفاده کرده است.

این تصویر ترکیبی از کهکشان راه شیری است. این تصویر نور مرئی را با تصویر نوترینوی جدید ترکیب می‌کند. در اینجا، مناطق نوترینو به رنگ آبی ظاهر می‌شوند. تصویر از IceCube Collaboration/National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson) /ESO (S. Brunier).

همه ما عکس‌هایی از کهکشان راه شیری خود را به صورت گروهی زیبا از ستاره‌ها دیده‌ایم که در آسمان شب کشیده شده‌اند. علاوه بر نماهایی از کهکشان راه شیری در نور مرئی، ستاره‌شناسان کهکشان خانه ما را در طول‌موج‌های دیگر طیف، از امواج رادیویی گرفته تا پرتوهای گاما، به ما نشان داده‌اند. در 29 ژوئن 2023، تیمی از محققان با استفاده از رصدخانه نوترینو IceCube در قطب جنوب تصویر جدیدی از کهکشان راه شیری منتشر کردند … منظره‌ای که تاکنون دیده نشده بود. این اولین تصویر از کهکشان ما در چیزی غیر از تابش الکترومغناطیسی است. این تصویر کهکشان را با نوترینوها یا ذرات روح عکسبرداری شده است.

بنیاد ملی علوم (NSF) از IceCube که در ایستگاه قطب جنوبی آموندسن-اسکات در قطب جنوب قرار دارد.

مشاهده کهکشان راه شیری با نوترینوها

این اولین باری است که کسی از کهکشان ما با استفاده از نوترینوها تصویربرداری کرده است که ذرات روح نامیده می‌شود. فیزیکدان نائوکو کوراهاشی نیلسون در دانشگاه درکسل در فیلادلفیا اظهار داشت:

به یاد دارم که گفتم: “در این مرحله از تاریخ بشر، ما اولین کسانی هستیم که کهکشان خود را با چیزی غیر از نور می‌بینیم.”

نیلسون، استیو اسکلافانی در Drexel و Mirco Hünnefeld در دانشگاه TU Dortmund آلمان اولین کسانی بودند که این تصویر جدید را مطالعه کردند.

نقاط روشن در تصویر، مکان‌هایی در کهکشان راه شیری هستند که نوترینوها در آنجا ساطع می‌شوند که مکانهایی هستند که تصور می‌شود پرتوهای گاما محصول فرعی برخورد بین پرتوهای کیهانی و گاز بین ستاره‌ای هستند. این برخوردها از نظر تئوری باید نوترینو تولید کنند. اسکلافانی گفت:

همتای نوترینو اکنون اندازه گیری شده است، بنابراین آنچه را تأیید می کند که ما در مورد کهکشان و منابع پرتوهای کیهانی خود می‌دانیم.

علاوه بر این، نقاط روشن نیز با طول‌موج‌های نور مرئی متفاوت است. فرانسیس هالزن، فیزیکدان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون و محقق اصلی IceCube، گفت:

آنچه جالب است این است که برخلاف مورد نور با هر طول موجی، در نوترینوها، جهان از منابع نزدیک در کهکشان خودمان بیشتر می‌درخشد.

این 2 تصویر، نمای نور مرئی کهکشان راه شیری (بالا) را با نمای نوترینویی پایین مقایسه می‌کنند. تصویر از IceCube Collaboration/ بنیاد ملی علوم (لیلی لی و شاون جانسون)/ ESO (S. Brunier).

ردیابی منشا نوترینوها

جستجوی نوترینوها بر آسمان جنوبی متمرکز شد. از آسمان جنوبی، دیدن صفحه کهکشانی آسان‌تر است که نزدیک مرکز کهکشان ما است که منطقه‌ای است که اخترشناسان معتقدند بخش عمده‌ای از انتشار نوترینو از آن سرچشمه می‌گیرد.

به طور طبیعی، نوترینوها قابل تشخیص نیستند و با در نظر گرفتن این موضوع، محققان می‌خواهند بدانند آنها از کجا آمده‌اند. نوترینوها به ندرت با یخ در زیر IceCube  در قطب جنوب تعامل دارند، اما وقتی این کار را انجام می‌دهند، الگوهای ضعیفی از نور تولید می‌کنند. برخی از آنها به مناطق خاصی از آسمان اشاره می‌کنند. بنابراین، اخترشناسان با پیروی از مسیری که طی کردند، می‌توانند بگویند از کجا سرچشمه گرفته‌اند. به عنوان مثال، در سال 2022، IceCube نوترینوهایی را شناسایی کرد که از کهکشانی در فاصله 47 میلیون سال نوری از ما آمده بودند.

با این حال، الگوهای دیگر کمتر واضح هستند. آنها کمتر جهتدار هستند و تمایل دارند آنچه را تولید کنند که اخترشناسان “توپ‌های فازی نور” می‌نامند. به طور کلی، IceCube بیش از 60000 مورد از این “توپهای فازی” را در 10 سال گذشته شناسایی کرده است که 30 برابر بیشتر از تجزیه و تحلیل قبلی صفحه کهکشانی با استفاده از رویدادهای آبشاری است.

به طور خاص، این رویدادهای «آبشاری» برهمکنش‌های نوترینو در یخ هستند که منجر به بارش‌های تقریباً کروی نور می‌شوند.

همچنین، نوترینوها ممکن است کوچک باشند، اما انرژی آنها میلیون ها تا بیلیونها برابر بیشتر از انرژی تولید شده توسط واکنشهای همجوشی است. این واکنشها هستند که قدرت ستارگان را نشان می‌دهند.

ایگناسیو تابوادا، استاد فیزیک در موسسه فناوری جورجیا، گفت:

شواهد قوی برای کهکشان راه شیری به عنوان منبعی از نوترینوهای پرانرژی، از آزمایش‌های سختی جان سالم به در برده است که توسط این همکاری انجام شده است. اکنون مرحله بعدی شناسایی منابع خاص در کهکشان است.

این عکس ترکیبی تصویر مبتنی بر نوترینو از راه شیری و رصدخانه نوترینو IceCube در قطب جنوب را نشان می‌دهد. تصویر از همکاری IceCube (Yuya Makino)/ بنیاد ملی علوم.

پیشرفت در تکنولوژی

IceCube بسیار حساس است و نشان دهنده آخرین فناوری تشخیص نوترینو است. با استفاده از بیش از 5000 حسگر نوری شبکه‌ای که در عمق 0.2 مایل مکعبی (0.8 کیلومتر مکعبی) از یخ بکر مدفون شده‌اند، سیگنال‌های ظریف نوترینوهای پرانرژی را از فضا شناسایی می‌کند. همانطور که دنیس کالدول، مدیر بخش فیزیک در بنیاد ملی علوم اشاره کرد:

همانطور که اغلب اتفاق می‌افتد، پیشرفتهای چشمگیر در علم با پیشرفت در فناوری امکان‌پذیر است. قابلیت‌های ارائه شده توسط آشکارساز IceCube بسیار حساس، همراه با ابزارهای جدید تجزیه و تحلیل داده‌ها، نمای کاملاً جدیدی از کهکشان را به ما داده است، چیزی که قبلاً فقط به آن اشاره شده بود. از آنجایی که این قابلیت‌ها همچنان بهبود می‌یابند، می‌توانیم منتظر تماشای این تصویر با وضوح فزاینده باشیم که به طور بالقوه ویژگی‌های پنهان کهکشان ما را آشکار می‌کند که قبلاً توسط بشر ندیده است.

همانطور که هانفلد همچنین اشاره کرد:

روش‌های بهبودیافته به ما این امکان را می‌دهند که رویدادهای نوترینویی بیشتری را با بازسازی زاویه‌ای بهتر در یک مرتبه بزرگ حفظ کنیم که منجر به تحلیلی شد که سه برابر حساس‌تر از جستجوی قبلی است.

و این تازه اول کار می‌باشد. نیلسون فکر می‌کند که استفاده از نوترینوها در نجوم منجر به اکتشافات بیشتر می‌شود. و این جوهر علم است، او گفت:

به همین دلیل است که ما کاری را که باید انجام می‌دهیم. برای دیدن چیزی که هیچ کس تا به حال ندیده است و برای درک چیزهایی که ما نفهمیده‌ایم.

او افزود:

همانطور که نجوم نوترینو تکامل می‌یابد، ما عدسی جدیدی خواهیم داشت که با آن جهان را رصد می‌کنیم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Milky Way shines in new ‘ghost particle’ neutrino image

Posted by Paul Scott Anderson June 30, 2023

https://earthsky.org/space/milky-way-neutrinos-ghost-particle-icecube/