رد پای نوترینوی کیهانی نادر به سیاهچاله‌های ستاره‌ای رسید

منتشر‌شده در: sciencemag به تاریخ ۲۲ فوریه ۲۰۲۱
لینک منبع: Rare cosmic neutrino traced to star-swallowing black hole

نوترینوها همه جا هستند- هزاران ذره بدون جرم در هر ثانیه از بدن شما عبور می‌کنند-اما فرو بردن آن‌ها به طور آشکار سخت است، به خصوص آن‌هایی که انرژی زیادی از فضای عمیق دارند. سالانه تنها حدود دوازده تن از این نوترینوهای کیهانی شناسایی می‌شوند، و دانشمندان توانسته بودند تنها یکی از آن‌ها را به منبع آن متصل کنند. حالا، IceCube، آشکارساز نوترینو به وسعت یک کیلومتر که در اعماق قطب جنوب قرار دارد، یکی دیگر را تا زادگاه دور خود دنبال کرده‌است: یک سیاهچاله ابر پرجرم که یک ستاره را در یک کهکشان ۷۵۰ میلیون سال نوری از هم می‌پاشد.

تسوی پیران، نظریه‌پرداز دانشگاه عبری اورشلیم که در این تحقیق شرکت نداشته است، می‌گوید: « اگر این درست باشد، داستان بسیار هیجان انگیزی است.» این کشف نشان می‌دهد که این رویدادهای نادر اختلال جزر و مدی (TDEs) می‌توانند منبع اصلی نوترینوهای با انرژی بالا و پرتوهای کیهانی باشند - دیگر بازدیدکنندگانی که منشا آن‌ها یک راز بوده است.

تنها راه تشخیص نوترینوها این است که منتظر بمانید تا یکی از آنها به چیزی برخورد کند. آن‌ها اغلب با ماده در تعامل نیستند، اما به ندرت با یک هسته اتمی برخورد می‌کنند، و باعث ریزش ذرات خرد شده می‌شوند؛ چون این ذرات تخلیه می‌شوند، یک فلاش نور منتشر می‌کنند. برای افزایش احتمال تشخیص این برخوردها، محققان به حجم عظیمی از مواد نیاز دارند. ماهی‌های IceCube برای آن‌ها از مجموعه‌ای از بیش از ۵۰۰۰ ردیاب فوتون که به صورت رشته‌ای مرتب شده و در یک کیلومتر مکعب از یخ‌های قطب جنوب غرق شده‌اند استفاده می‌کنند. از زمان ورود و روشنایی فلاش در هر آشکارساز، محققان می‌توانند جهت آمدن نوترینو و اینکه منبع آن نزدیک است یا در فضای عمیق را محاسبه کنند.

ممکن است به مطالعه مقاله آیا انسان می‌تواند به صورت ایمن به داخل سیاهچاله‌ها برود؟ علاقمند باشید.

در سال ۲۰۱۷، IceCube یک نوترینوی با سفر طولانی را شناسایی کرد که برای اولین بار به یک منبع قابل‌شناسایی مرتبط بود: یک کهکشان فوق روشن که به عنوان بلازار شناخته می‌شود. چنین کهکشان‌هایی حاوی سیاه‌چاله‌های بسیار ابر پرجرم در مرکز خود هستند؛ ماده‌ای که آن‌ها سوختگی‌ها را به حدی گرم می‌مکند که می‌توان آن را در سراسر جهان دید. این فرآیند همچنین یک جت ماده با سرعت بالا ایجاد می‌کند که تصور می‌شود مستقیما به سمت زمین نشانه گرفته می‌شود.

در ۱ اکتبر ۲۰۱۹، یک فلاش در ردیاب، یک نامزد احتمالی فضای عمیق دیگر را نشان داد. همانطور که هر سال چندین بار این کار را انجام می‌دهند، محققان IceCube هشدار دادند تا ستاره‌شناسان بتوانند آسمان را به سمت نوترینوی ورودی اسکن کنند. تلسکوپ کالیفرنیا، ساختمان ناپایدار زاکی، به حرکت در آمد و متوجه شد که یک TDE، یک سیاهچاله ابر پرجرم است که یک ستاره نزدیک را از هم می‌پاشد. این تیم امروز در ستاره‌شناسی طبیعی گزارش می‌دهد. «وقتی دیدیم که این می‌تواند یک TDE باشد، بلافاصله گفتیم وای!"

در واقع TDEs به عنوان یک راز باقی مانده است؛ تاکنون کم‌تر از ۱۰۰ مورد دیده شده است. زمانی که یک ستاره در نزدیکی یک سیاهچاله ابر پرجرم به دور خود می‌چرخد، جاذبه شدید، جزر و مد شبیه به زمین را بر روی استروئیدها تغییر می‌دهد. اگر بیش از حد نزدیک شود، جاذبه می‌تواند ستاره را با نصف جرم خود به درون یک دیسک داغ و درخشان در اطراف سیاهچاله بکشد و بقیه در یک مسیر طولانی به سمت بیرون پرواز کنند. این یک فرآیند مشابه چیزی است که به یک بلازار را قدرت می‌دهد، اما فقط چند ماه طول می‌کشد. با گرفتن یک نوترینو از TDE، این تیم شواهدی یافته‌است که TDEs می‌تواند یک جت ذره کوتاه از سیاهچاله، مانند یک حلقه بلازار، را تغذیه کند.

این TDE خاص برای ستاره‌شناسان تازگی نداشت. این موضوع در تاریخ ۹ آوریل ۲۰۱۹ توسط تحقیق زاکی کشف شد و به آن لقب AT2019dsg داده شد. این واقعیت که این یکی که ۱۵۰ روز بعد پر از نوترینو شده بود، هنوز هم قدرت خود را از دست نداده بود، مایه تعجب بود. آستین می‌گوید: «ما دیدیم که این منبع واقعا فعال بود و یک موتور مرکزی برای مدتی طولانی به آن نیرو می‌داد.»

فیزیکدانان فضایی دقیقا نمی‌دانند که ایجاد سیاه‌چاله‌ها چگونه این فواره‌های ذرات را تغذیه می‌کنند. اما با دو نوترینوی کیهانی، جت‌ها به عنوان مدعی اصلی برای توضیح نوترینوهای فضایی عمیق ظاهر می‌شوند که در جلوی ستاره‌های نوترونی و انفجارهای ستاره‌ای قرار دارند. سووی جزاری، نویسنده مشترک موسسه علوم تلسکوپ فضایی، که برای اولین بار AT2019dsg را کشف کرد، توضیح می‌دهد که تولید نوترینوها به همان روشی است که فیزیک‌دانان ذرات به طور مصنوعی نوترینوها را بر روی زمین می‌سازند: با یک پرتو انرژی بالای پروتون‌ها (جت) که به مواد اطراف برخورد می‌کند. او می‌گوید: « برای اینکه TDEs به عنوان مکان احتمالی برای تولید نوترینو ظاهر شود بسیار هیجان‌انگیز است.»

این می‌تواند یک سرنخ مهم در یک راز دیگر برای فیزیک‌دانان باشد: منبع پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده بالا، ذرات مانند پروتون‌هایی که اطراف کیهان را زیپ می‌کنند و هر روز جو زمین را بمباران می‌کنند. Piran می‌گوید ساخت نوترینوها نیازمند شتاب دادن پروتون‌ها با انرژی بالا است، بنابراین TDEs می‌تواند همزمان پرتوهای کیهانی تولید کند.

اما Piran می‌گوید که باید احتیاط کرد. نوترینو و TDE تنها با موقعیت خود در آسمان مرتبط هستند، و راه‌حل‌های IceCube چندان دقیق نیستند. آستین تصدیق می‌کند که در هر ۵۰۰ شانس یک تصادف رندوم وجود دارد. این احتمالات فیزیک ذرات را تحت‌تاثیر قرار نمی‌دهند، که معمولا به احتمال یک در چند میلیون نفر برای ادعای اکتشاف نیاز دارند. آستین می‌گوید: «ما باید منتظر بمانیم و ببینیم که آیا رویدادهای دیگری نیز وجود دارد یا خیر.» پیران می‌گوید: «ای کاش آن‌ها دو نوترینو پیدا کرده بودند، آنگاه ما در تجارت بودیم.»

این متن با استفاده از ربات مترجم مقالات نجوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.