در اعماق آرام و تاریک دریای مدیترانه، جایی که نور خورشید هرگز به آن نمیرسد، یک چشم غولپیکر به سوی کیهان باز شده است. تلسکوپ KM3NeT، این رصدخانۀ شگفتانگیز زیردریایی، به تازگی موفق به شناسایی یک پیامرسان کیهانی فوقالعاده پرانرژی شده است: یک نوترینو با انرژیای فراتر از تصور! این “ذرۀ شبح” که تقریباً بدون هیچ برهمکنشی از میان میلیاردها کیلومتر فضا و ماده عبور کرده، داستانی از پرانرژیترین رویدادهای عالم را با خود به همراه دارد. با آوا استار همراه شوید تا به دنیای اسرارآمیز نوترینوها سفر کنیم و از جزئیات این کشف خارقالعاده که میتواند پنجرهای نو به سوی اخترفیزیک انرژی بالا بگشاید، بیشتر بدانیم.
- تلسکوپ زیردریایی KM3NeT در دریای مدیترانه، یک نوترینوی فوق پرانرژی با انرژی تخمینی ۲۲۰ پتا الکترونولت (PeV) ثبت کرده است.
- این ذره، پرانرژیترین نوترینویی است که تاکنون بشر شناسایی کرده و نتایج آن در مجله معتبر Nature منتشر گردیده است.
- منشأ احتمالی این نوترینو، برخورد پرتوهای کیهانی بسیار پرانرژی با فوتونهای تابش پسزمینه کیهانی (CMB) است.
- مسیر ورود تقریباً افقی این نوترینو، آن را از سایر نوترینوهای پرانرژی متمایز میکند و سرنخهایی از منشأ آن ارائه میدهد.
نوترینوها: پیامرسانان نامرئی کیهان
نوترینوها ذرات بنیادی بسیار سبکی هستند که تقریباً هیچ برهمکنشی با ماده معمولی ندارند. آنها فاقد بار الکتریکی هستند و میتوانند بدون هیچ مانعی از درون زمین، خورشید و حتی بدن ما عبور کنند، به همین دلیل به آنها لقب “ذرات شبح” داده شده است. با این حال، همین ویژگی گریزان بودن، آنها را به پیامرسانهای فوقالعادهای از دوردستترین و پرانرژیترین نقاط کیهان تبدیل کرده است، زیرا در طول سفر خود دستخوش تغییر نمیشوند و اطلاعات منحصربهفردی از منشأ خود حمل میکنند.
KM3NeT: تلسکوپی غولپیکر در اعماق دریا
شناسایی این ذرات گریزان نیازمند آشکارسازهای بسیار بزرگ و حساس است. تلسکوپ KM3NeT (تلسکوپ نوترینوی کیلومتر مکعبی) یکی از همین ابزارهای پیشرفته است که در عمق ۳.۵ کیلومتری بستر دریای مدیترانه، در جنوب شرقی سیسیل ایتالیا، قرار گرفته است. این تلسکوپ عظیم از شبکهای از هزاران کرۀ شیشهای تشکیل شده که هر کدام مجهز به حسگرهای نوری بسیار دقیقی هستند.
ایدۀ اصلی این است: وقتی یک نوترینوی پرانرژی با آب دریا برخورد میکند، گاهی اوقات ذرات باردار دیگری مانند میون (Muon) تولید میکند. این میونها با سرعتی بیشتر از سرعت نور در آب حرکت کرده و در نتیجه، درخشش آبیرنگ ضعیفی به نام “تابش چرنکوف” از خود ساطع میکنند. حسگرهای KM3NeT این نور آبی زودگذر را ثبت کرده و مسیر و انرژی نوترینوی اولیه را بازسازی میکنند.
شکار یک غول: نوترینویی با انرژی ۲۲۰ پتا الکترونولت!
در تاریخ ۱۳ فوریه ۲۰۲۳ (۲۴ بهمن ۱۴۰۱)، اتفاقی نادر در KM3NeT رخ داد. آشکارسازها، ردی را از یک نوترینو با انرژی باورنکردنی ۲۲۰ پتا الکترونولت (PeV) ثبت کردند. برای درک بزرگی این عدد، کافی است بدانید که انرژی این تک ذره، صدها برابر بیشتر از انرژی ذراتی است که در بزرگترین شتابدهندههای ذرات روی زمین مانند سرن (CERN) به دست میآید!
این کشف، که نتایج آن به تازگی (۱۲ فوریه ۲۰۲۴ یا ۲۴ بهمن ۱۴۰۲) در مجله معتبر Nature منتشر شده، آن را به پرانرژیترین نوترینوی شناسایی شده توسط بشر تبدیل کرده است. نوترینوی کشفشده، به احتمال زیاد ابتدا یک ذره میون در فاصله ۱۰ تا ۳۰ کیلومتری از آشکارساز ایجاد کرده و این میون پرانرژی با عبور از میان آرایههای KM3NeT، بیش از یکسوم حسگرهای نوری را فعال کرده است. این درخشش تنها برای دو میکروثانیه (دو میلیونیم ثانیه) ادامه داشته، اما تمام فوتونهای نور با دقتی در حد نانوثانیه (یک میلیاردم ثانیه) ثبت شدهاند.
مسیر ورود معماگونه: سرنخی از مبدأ؟
یکی از ویژگیهای متمایز این نوترینوی رکوردشکن، مسیر ورود تقریباً افقی آن به آشکارساز است. نوترینوهای با انرژی بسیار بالا، برخلاف همتایان کمانرژیتر خود، احتمال بیشتری برای برهمکنش با ماده دارند.
این یعنی آنها به سختی میتوانند از تمام کره زمین عبور کنند. بنابراین، ستارهشناسان انتظار دارند چنین نوترینوهایی را بیشتر از جهتهای نزدیک به افق یا از بالای جو زمین دریافت کنند. این نوترینو نیز پس از عبور از بخشی از فلات قاره مالت، به آشکارساز رسیده است.
در جستجوی منشأ کیهانی: یک پدیده اخترفیزیکی یا یک ذره کیهانی نادر؟ سالهاست که اخترفیزیکدانان به دنبال شکار نوترینوهای کیهانی (Cosmogenic Neutrinos) هستند. این ذرات بسیار نادر زمانی تولید میشوند که پرتوهای کیهانی (ذرات باردار فوقالعاده پرانرژی که از اعماق فضا میآیند) با فوتونهای تابش پسزمینه کیهانی (CMB) – یعنی بقایای نور مهبانگ – برخورد میکنند.
مطالعۀ این نوترینوها میتواند اطلاعات بینظیری در مورد پرانرژیترین شتابدهندههای طبیعی در عالم، مانند هستههای کهکشانی فعال (AGN) یا بقایای انفجارهای ابرنواختری، به ما بدهد. در زمان ثبت این رویداد شگفتانگیز، سه هستۀ کهکشانی فعال در ناحیهای از آسمان که نوترینو از آن سمت آمده بود، در حال فعالیت بودهاند. اگر بررسیهای بیشتر بتواند ارتباطی قطعی بین یکی از این منابع و نوترینوی شناساییشده برقرار کند، این ذره منشأ اخترفیزیکی خواهد داشت. اما اگر چنین ارتباطی یافت نشود، این احتمال قوت میگیرد که دانشمندان برای اولین بار یک نوترینوی کیهانیِ تأیید شده را مشاهده کرده باشند.
آغازی برای عصر جدید نجوم نوترینو؟ در حال حاضر، منشأ دقیق این نوترینوی فوق پرانرژی همچنان یک راز باقی مانده است. تیم پژوهشی KM3NeT در حال بررسی دقیقتر دادهها برای محدود کردن محل احتمالی پیدایش این ذره و جستجوی رویدادهای مشابه دیگر هستند.
این کشف هیجانانگیز میتواند نشانهای از آغاز عصر جدیدی در نجوم نوترینو باشد، جایی که ما با استفاده از این ذرات شبحوار، پنجرهای کاملاً نو به سوی پدیدههای بسیار خشن و پرانرژی کیهان باز میکنیم. یا شاید هم، این صرفاً یک رویداد استثنایی و بسیار نادر بوده است. پاسخ به این سوال تنها با ثبت و تحلیل نوترینوهای پرانرژی بیشتر در آینده ممکن خواهد شد.
نظر شما چیست؟ این شکار ذره شبح چه رازهایی از کیهان را برای ما فاش خواهد کرد؟ آیا ما در آستانۀ درک عمیقتری از پرانرژیترین پدیدههای عالم هستیم؟ دیدگاههای خود را با آوا استار در بخش نظرات به اشتراک بگذارید!
مترجم: فائزه فتحی
منبع: astronomy.com