کشف اشباح نوترینو در رصدخانه «آیس‌کیوب» قطب جنوب

به گزارش gsxr و به نقل از ایندیپندنت، نوترینوها از فروپاشی رادیواکتیو، از جمله در رآکتورهای هسته‌ای، ایجاد می‌شوند، یا زمانی ساخته می‌شوند که ذرات فوق‌العاده پرانرژی به اتم‌ها برخورد کنند. پرانرژی‌ترین انواع آن‌ها می‌توانند معادل میلیون‌ها تا میلیاردها برابر بیشتر از انرژی‌های تولیدشده در واکنش‌های همجوشی ستارگان، انرژی داشته باشند.

منشا نوترینوهای پرانرژی اغلب کهکشان‌های دیگری غیر از کهکشان راه شیری است. اما پژوهشگران مدتی است بر این باورند که کهکشان خود ما نیز منبعی برای انتشار نوترینوها است. مثلا، زمانی که پرتوهای کیهانی (هسته‌های اتمی که تقریبا با سرعت نور حرکت می‌کنند) به غبار و گاز برخورد می‌کنند، هم پرتوهای گاما و هم نوترینوهای پرانرژی تولید می‌کنند. در پژوهش‌های پیشین، پرتوهای گاما با منشا کهکشان راه شیری آشکارسازی شده بودند و از این رو، دانشمندان انتظار داشتند که نوترینوهای پرانرژی با همین منشا را نیز پیدا کنند.

پیش از این، شواهدی مبنی بر وجود چنین نوترینوهایی وجود داشت، اما تاکنون تایید نشده بود. مقاله جدید با استفاده از داده‌های ثبت‌شده رصدخانه «آیس‌کیوب» در ایستگاه قطب جنوب آمونسن-اسکات، نگاه دیگری به این داده‌ها انداخته است. 

آیس‌کیوب رصدخانه‌ای است در میان یک میلیارد تن یخ، و تنها «آشکارساز» گیگاتنی است که تاکنون ساخته شده است. این رصدخانه یا به‌اصطلاح آشکارساز در جنوبگان، یک کیلومتر مربع وسعت دارد و دارای ۵۰۰۰ حسگر است. این حسگرها تمام مدت جویای ثبت پرتوهای گذرای نور یا فلش‌هایی‌اند که فقط در لحظاتی نادر، یعنی زمان برخورد نوترینوها به اتم‌ها، ایجاد می‌شوند.

این بار، اعضای تیم تحقیقاتی، کار خود را بر روی صفحه کهکشان راه شیری متمرکز کردند. آن‌ها ۱۰ سال داده‌های ثبت‌شده آیس‌کیوب و ۶۰ هزار نوترینو را بررسی کردند که این میزان، ۳۰ برابر بیشتر از تعداد اسکن‌های نوترینو پیشین از صفحه کهکشانی بود.

این کار به مراتب دشوارتر از آن بود که نخست به نظر می‌رسید، زیرا دانشمندان باید نوترینوهایی را که در اثر برخورد پرتوهای کیهانی با مولکول‌های موجود در جو زمین تولید می‌شوند، از نوترینوهای با منشا کیهانی جدا می‌کردند.

برای غلبه بر این مشکل، پژوهشگران از فناوری هوش مصنوعی استفاده کردند تا داده‌های آیس‌کیوب را تجزیه‌وتحلیل کنند.

آنان با این شیوه موفق شدند نوترینوهای جوی را از فهرست مربوطه حذف کنند، زیرا آیس‌کیوب این نوع نوترینوها را نیز که از اتمسفر زمین ناشی می‌شوند، نه از کیهان دوردست، شناسایی می‌کند. 

دانشمندان به کمک هوش مصنوعی توانستند آن دسته از نوترینوهای پرانرژی را شناسایی کنند که احتمالا از صفحه کهکشانی راه شیری ناشی شده‌اند. 

میرکو هونفلد، اخترفیزیکدان در دانشگاه صنعتی دورتموند آلمان و از نویسندگان این مقاله، در گفت‌‌وگو با وبسایت اسپیس می‌گوید: «رصد این نوترینوهای پرانرژی، دریچه کاملا تازه‌ای برای بررسی ویژگی‌های کهکشان ما به روی‌ ما می‌گشاید.»

او می‌گوید: «فکر می‌کنم دیدن اینکه رشته جدید نجوم نوترینویی با چنین سرعت فزاینده‌ای پیش می‌رود، هیجان‌انگیز است.» او همچنین می‌گوید که دهه‌ها طول کشید تا آشکارساز نوترینویی مانند آیس‌کیوب ساخته شود و صرفا در چند سال گذشته، ستاره‌شناسان شاهد انبوهی از رصدهای هیجان‌انگیز بوده‌ایم؛ از جمله آشکارسازی نخستین شواهد نوترینو از منابع خارج از کهکشانی. به گفته هونفلد، ستاره‌شناسان اینک با دسترسی به این نتایج، به نقطه‌عطف جدیدی در این زمینه دست یافته‌اند.

اگرچه این یافته‌ها نشان می‌دهد که خاستگاه این نوترینوهای جدید، کهکشان خود ما است، واقعیت این است که آیس‌کیوب در حال حاضر به اندازه کافی حساس نیست که بتواند منبع دقیق آن‌ها را مشخص کند. هونفلد می‌گوید که نوترینوها ممکن است به صورت پراکنده و نامتمرکز ظاهر شوند، یا تعداد چشمگیری از آن‌ها از نقاط خاصی در آسمان بیایند.

هوئنفلد می‌گوید: «نکته جالب در مورد این یافته‌ها این است که برخلاف فوتون‌ها، گسیل نوترینوهای کهکشانی، تحت‌الشعاع گسیل نوترینوهای برون‌کهکشانی قرار می‌گیرد.» 

او می‌افزاید که آیس‌کیوب در سال‌های آینده، ارتقا می‌یابد و حساسیت آشکارساز آن بیشتر می‌شود، و این به ستاره‌شناسان امکان می‌دهد که در آینده نزدیک، تصویر واضح‌تری از نوترینوهای کهکشان راه شیری به دست آورند.

به گفته او، پاسخ به این پرسش‌ها بر شناخت ما از پرتوهای کیهانی و نیز خاستگاه آن‌ها، و در مجموع درک ما از ویژگی‌های کهکشان، اثر خواهد داشت. 

این مقاله ۲۹ ژوئن در نسخه آنلاین ژورنال «ساینس» منتشر شده است.