حقوق الصورة: UW-Madison
أكمل تلسكوب جديد في جليد القارة القطبية الجنوبية أول خريطة لسماء النيوترينو عالية الطاقة. في الواقع ، ينظر إلى أسفل عبر الأرض بأكملها لعرض السماء الشمالية للنيوترينوات ، التي تتحرك بسرعة عالية وتمر عبر جميع المواد تقريبًا دون عوائق. اكتشفت "أماندا 2" النيوترينو بطاقة مائة ضعف طاقة أي منتج تم إنتاجه في التجارب المعملية على الأرض.
أنتج تلسكوب جديد يستخدم الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي كنافذه على الكون أول خريطة لسماء النيوترينو عالية الطاقة.
تزود الخريطة ، التي كشف النقاب عنها للفلكيين هنا اليوم (15 يوليو) في اجتماع للاتحاد الفلكي الدولي ، الفلكيين بأول لمحة محيرة عن النيوترينوات عالية الطاقة ، وهي جزيئات شبحية يعتقد أنها تنبثق من بعض الأحداث الأكثر عنفا في الكون - تحطم الثقوب السوداء ، وانفجارات أشعة غاما ، والنوى العنيفة للمجرات البعيدة.
يقول فرانسيس هالزن ، أستاذ الفيزياء في جامعة ويسكونسن ماديسون ، من الخريطة التي تم جمعها باستخدام AMANDA II ، وهو تلسكوب فريد من نوعه تم إنشاؤه بدعم: "هذه هي البيانات الأولى مع تلسكوب نيوترينو مع إمكانية اكتشاف واقعية". من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) وتتألف من صفائف من أجهزة الكشف عن جمع الضوء مدفونة في الجليد 1.5 كيلومتر تحت القطب الجنوبي. "حتى الآن ، هذه هي الطريقة الأكثر حساسية على الإطلاق للنظر إلى سماء النيوترينو عالية الطاقة" ، كما يقول.
تبقى القدرة على اكتشاف النيوترينوات عالية الطاقة وتتبعها إلى نقاطها الأصلية واحدة من أهم المهام في الفيزياء الفلكية الحديثة.
لأن النيوترينوات الكونية غير مرئية ، وغير مشحونة ولا تكاد تكون لها كتلة ، فهي قريبة من المستحيل اكتشافها. على عكس الفوتونات ، والجسيمات التي تشكل الضوء المرئي ، وأنواع أخرى من الإشعاع ، يمكن للنيوترينوات أن تمر دون عوائق من خلال الكواكب والنجوم والمجالات المغناطيسية الشاسعة للفضاء النجمي وحتى المجرات بأكملها. هذه الجودة - التي تجعل من الصعب اكتشافها - هي أيضًا أعظم أصولها لأن المعلومات التي تحتوي عليها حول الأحداث البعيدة من الناحية الكونية وغيرها من الأحداث التي لا يمكن ملاحظتها تظل سليمة.
الخريطة التي أنتجتها AMANDA II هي خريطة أولية ، يؤكد هالزن ، ويمثل عامًا واحدًا فقط من البيانات التي تم جمعها بواسطة التلسكوب الجليدي. باستخدام عامين آخرين من البيانات التي تم حصادها بالفعل مع AMANDA II ، سيحدد هالزن وزملاؤه بعد ذلك هيكل خريطة السماء ويرتبون الإشارات المحتملة من التقلبات الإحصائية في الخريطة الحالية لتأكيدها أو دحضها.
إن أهمية الخريطة ، حسب هالزن ، هي أنها تثبت عمل الكاشف. ويقول: "إنها تثبت أداء التكنولوجيا ، وتبين أننا وصلنا إلى نفس حساسية التلسكوبات المستخدمة للكشف عن أشعة غاما في نفس منطقة الطاقة العالية" من الطيف الكهرومغناطيسي. من المتوقع وجود إشارات متساوية تقريبًا من الأشياء التي تسرع الأشعة الكونية ، والتي لا تزال أصولها غير معروفة بعد قرن من اكتشافها.
غارقة في عمق الجليد في القطب الجنوبي ، تم تصميم تلسكوب AMANDA II (صفيف مكشاف أنتونتيكا ومكتشف النيوترينو) بحيث لا ينظر من فوق الأرض إلى السماء في نصف الكرة الشمالي. يتكون التلسكوب من 677 وحدة بصرية زجاجية ، كل منها بحجم كرة بولينج ، متراصة على 19 كبلًا في عمق الجليد بمساعدة تدريبات الماء الساخن عالية الضغط. يحول الصفيف أسطوانة من الجليد بارتفاع 500 متر وقطر 120 متر إلى كاشف الجسيمات.
تعمل الوحدات الزجاجية مثل المصابيح الكهربائية في الاتجاه المعاكس. يكتشفون ويلتقطون خطوطًا خافتة وعابرة للضوء الذي تم إنشاؤه عندما تصطدم النيوترينوات في بعض الأحيان بذرات الجليد داخل الكاشف أو بالقرب منه. يخلق الحطام دون الذري الميونات ، وهي أنواع أخرى من الجسيمات دون الذرية ، تترك بشكل ملائم أعقابًا سريع الزوال للضوء الأزرق في الجليد العميق في القطب الجنوبي. يتطابق خط الضوء مع مسار النيوترينو ويشير إلى نقطة أصله.
ولأنها تقدم لمحة أولية عن سماء النيوترينو ذات الطاقة العالية ، فإن الخريطة ستكون ذات أهمية كبيرة لعلماء الفلك ، لأنه ، كما يقول هالزن ، "ما زلنا لا نملك فكرة عن كيفية تسارع الأشعة الكونية أو من أين تأتي."
إن حقيقة أن أماندا 2 قد حددت الآن النيوترينو حتى مائة مرة طاقة الجسيمات التي تنتجها أقوى المسرعات الأرضية تشير إلى احتمال أن بعضها قد يبدأ في رحلاته الطويلة من قبل بعض الأحداث الأكثر نشاطًا. في الكون. إن القدرة على الكشف بشكل روتيني عن النيوترينوات عالية الطاقة ستزود الفلكيين ليس فقط بعدسة لدراسة مثل هذه الظواهر الغريبة مثل اصطدام الثقوب السوداء ، ولكن مع وسيلة للوصول المباشر إلى معلومات غير محررة من الأحداث التي وقعت مئات الملايين أو مليارات السنين الضوئية بعيدا ودهور منذ.
يقول هالزن: "يمكن أن تحمل هذه الخريطة أول دليل على مسرِّع كوني". "لكننا لسنا هناك بعد."
ستحصل عملية البحث عن مصادر النيوترينو الكونية على دفعة مع نمو حجم تلسكوب AMANDA II مع إضافة سلاسل جديدة من أجهزة الكشف. تدعو الخطط إلى أن ينمو التلسكوب إلى كيلومتر مكعب من الجليد المجهزة. سيجعل التلسكوب الجديد ، المعروف باسم IceCube ، تجفيف سماء مصادر النيوترينو الكونية عالية الكفاءة.
يقول هالزن: "سنكون أكثر حساسية للتنبؤات النظرية الأكثر تشاؤماً". "تذكر ، نحن نبحث عن مصادر ، وحتى إذا اكتشفنا شيئًا الآن ، فإن حساسيتنا هي ما نراه ، في أفضل الأحوال ، بترتيب 10 نيوترينو سنويًا. هذا ليس جيدا بما فيه الكفاية."
المصدر الأصلي: نشرة WISC الإخبارية
