کشف رکورد نوترینویی از اعماق فضا توسط تلسکوپ زیر دریا!

پرتوهای پرانرژی کیهانی همواره در حال بمباران زمین هستند، اما دانشمندان اخیرا شاهد پدیده‌ای خارق‌العاده بوده‌اند: کشف رکورد نوترینویی از اعماق فضا، با انرژی بسیار بیشتر از هر آنچه تاکنون ثبت شده است.

در ۱۳ فوریه ۲۰۲۳، آشکارساز زیردریایی KM3NeT در سواحل سیسیل، ایتالیا، رویدادی بی‌سابقه را ثبت کرد. این ذره نوترینو، که از اعماق فضا آمده بود، دارای انرژی تخمینی ۲۲۰ پتاالکترون ولت (PeV) بود. برای درک بزرگی این عدد، باید اشاره کرد که رکورد قبلی انرژی ثبت شده برای نوترینوها، تنها ۱۰ PeV بود. کشف رکورد نوترینویی از اعماق فضا، سوالات بسیاری را در ذهن دانشمندان ایجاد کرده است. چه چیزی می‌تواند چنین انرژی عظیمی را به یک ذره نوترینو ببخشد؟

منابع احتمالی کشف رکورد نوترینویی از اعماق فضا

تنها تعداد انگشت‌شماری از اجرام آسمانی مانند ابرنواخترها و سیاه‌چاله‌ها قادر به تولید ذراتی با این سطح از انرژی هستند. یکی از احتمالات، وجود یک بلازار (Blazar) است؛ نوعی سیاه‌چاله بسیار پرجرم و فعال که جت‌های پرانرژی از خود ساطع می‌کند. اگر این جت به سمت زمین نشانه گرفته باشد، می‌تواند منبع این نوترینوی پرانرژی باشد.

با این حال، با توجه به سطح انرژی بی‌سابقه این نوترینو، احتمال دیگری نیز وجود دارد. این می‌تواند اولین نوترینوی کیهانی باشد که تاکنون کشف شده است. نوترینوهای کیهانی، در نتیجه‌ی برهمکنش پرتوهای کیهانی با فوتون‌های تابش پس‌زمینه کیهانی (CMB) که از انفجار بزرگ به جای مانده‌اند تولید می‌شوند.

نوترینوها ذرات بنیادی بسیار کوچکی هستند که بار الکتریکی ندارند و جرم آنها تقریبا صفر است. این ذرات به قدری با ماده برهمکنش ضعیفی دارند که میلیاردها عدد از آنها در هر ثانیه از بدن ما عبور می‌کنند، بدون آنکه متوجه شویم. همین ویژگی باعث می‌شود که تشخیص آنها بسیار دشوار باشد. برای شناسایی نوترینوها، به حجم بسیار زیادی از ماده مانند آب یا یخ و آشکارسازهای بسیار حساس نیاز است.

این نوترینوی رکوردشکن توسط یکی از دو آرایه تلسکوپ نوترینویی KM3NeT، در عمق ۳۴۵۰ متری زیر سطح دریای مدیترانه شناسایی شد. این تلسکوپ از ۳۷۸ ماژول تشکیل شده که هر کدام شامل ۳۱ آشکارساز حساس به نور هستند. این آشکارسازها، درخشش‌های نوری ضعیفی را که در نتیجه‌ی برهمکنش نوترینوها با آب دریا ایجاد می‌شوند، ثبت می‌کنند.

در رویداد فوریه ۲۰۲۳، بیش از ۲۸۰۰۰ فوتون در سراسر حجم آشکارساز شناسایی شد. ذرات تولید شده تقریباً به صورت افقی وارد آشکارساز شدند، که نشان می‌دهد نوترینو پیش از رسیدن به KM3NeT، از میان سنگ و آب زیادی در پوسته زمین عبور کرده است.

نوری که آشکارسازها ثبت کردند، در واقع از ذره بنیادی دیگری به نام میون می‌آید که در جریان برهمکنش نوترینوها تولید می‌شود. انرژی این میون حدود ۱۲۰ PeV تخمین زده شده که برای این ذرات نیز بسیار زیاد است.

با توجه به اینکه نوترینوها به ندرت با ماده برهمکنش دارند، می‌توانند مسافت‌های بسیار طولانی را بدون هیچ مانعی طی کنند. به همین دلیل، تعیین دقیق منبع آنها بسیار دشوار است.

دانشمندان چهار احتمال را برای منبع این نوترینو بررسی کردند:

منبعی در کهکشان راه شیری

منبعی در خارج از کهکشان راه شیری، اما در کیهان محلی

یک رویداد گذرا مانند انفجار پرتو گاما

منبعی در یک کهکشان دور

نتایج بررسی‌ها نشان داد که سه گزینه اول با داده‌ها همخوانی ندارند. بنابراین، احتمالا منبع این نوترینو، یک جسم پرجرم فعال در خارج از کهکشان راه شیری است؛ به احتمال زیاد یک بلازار.

دانشمندان در ادامه، منطقه‌ای از آسمان را که نوترینو از آنجا آمده بود، در طول موج‌های مختلف بررسی کردند تا بلازارهای احتمالی را شناسایی کنند. در این بررسی، ۱۲ بلازار کاندید شناسایی شدند، اما هنوز نمی‌توان هیچ‌کدام را به عنوان منبع قطعی نوترینو معرفی کرد.

علاوه بر بلازارها، احتمال دیگری نیز وجود دارد: تولید نوترینوهای کیهانی. این نوترینوها در نتیجه‌ی برهمکنش پرتوهای کیهانی با تابش پس‌زمینه کیهانی یا نور پس‌زمینه بین کهکشان‌ها تولید می‌شوند. اگر این نوترینو، یک نوترینوی کیهانی باشد، این نخستین بار خواهد بود که چنین ذره‌ای شناسایی می‌شود.

برای حل معمای این نوترینوی پرانرژی و تعیین دقیق منبع آن، به تحقیقات بیشتری نیاز است. دانشمندان امیدوارند با بررسی‌های دقیق‌تر و جمع‌آوری داده‌های بیشتر، بتوانند به پاسخ این سوالات دست یابند و درک بهتری از پدیده‌های پرانرژی کیهانی داشته باشند.

__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __