هل أصل الجسيم الذي سقط في القطب الجنوبي في حدث كوني عمره 700 مليون سنة؟
قبل عامين، اصطدم جسيم نيوترينو بجهاز كشف في القطب الجنوبي بقوة غير مسبوقة. وباستخدام مجموعة واسعة من أجهزة الكشف ومجموعة من التلسكوبات في إسرائيل وفي الفضاء، نجحت مجموعة بحث دولية تشير إلى اتصال محتمل وبين الاصطدام النادر، وحدث كوني قديم وقع قبل نحو 700 مليون سنة -عندما امتص نجم بعيد إلى ثقب أسود- هكذا كتبت صفحة أخرى في كتاب تاريخ الكون.
البروفيسور افيشاي جال يام، من قسم فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية في معهد وايزمان للعلوم، كان عضوًا في المجموعة التي بحثت في أصل الجسيم، جنبًا إلى جنب مع علماء من مركز الأبحاث ديسي ذلك في ألمانيا ركز البحث الذي أجروه على أحداث TDE (حدث اضطراب المد والجزر أو "حدث تمزيق الجاذبية" بالعبرية)، والتي تحدث عندما تقترب النجوم كثيرًا من الثقوب السوداء في مركز مجرتها. في هذه الحالة، ينتهك توازن القوى في النجم، ونتيجة لذلك، يمتد النجم مثل الحلوى - حتى يتمزق تماما. وقد لوحظت أحداث من هذا النوع لأول مرة منذ حوالي عقد من الزمن، وكان البروفيسور جال يام - بالتعاون مع طالبه البحثي السابق الدكتور يائير حقابي - من بين أول من قام بالتحقيق فيها. بحث البروفيسور جال يام والعلماء الألمان في السماء بحثًا عن أدلة على الانفجارات الكونية، بما في ذلك حدث تمزق الجاذبية.
تمت ملاحظة الحدث المعني لأول مرة بواسطة منشأة زويكي جبل بالومار، كاليفورنيا، في أبريل 2019. يتكون هذا المرفق من مجموعة من التلسكوبات المحوسبة، القادرة على اكتشاف مصادر الضوء الجديدة في سماء الليل - مما يدل على المستعرات الأعظم، وأحداث تمزق الجاذبية، وغيرها من الأحداث الكونية. يعتمد البرنامج الذي يشغل المنشأة على خوارزمية طورها الدكتور باراك زكاي والبروفيسور عيران أوفيك من المعهد مع البروفيسور جال يام. وفي أحداث تمزق الجاذبية، يكون مصدر الإشعاع الذي يظهر في السماء عبارة عن مادة غازية -بقايا النجم الممزق- تدور حول الثقب الأسود، وتسخن، قبل أن يتم امتصاصها فيه. عندما يتم ملاحظة حدث غير عادي في منشأة زويكي، تركز التلسكوبات وأجهزة الكشف في المنشأة على تلك القطعة من السماء، في محاولة لفك رموز الحدث المرصود وجمع أكبر قدر ممكن من التفاصيل.
وبعد حوالي ستة أشهر، في أكتوبر، تم رصد جسيم النيوترينو في الفضاءمكعب ثلج – مجموعة من أجهزة الكشف مدفونة تحت الجليد في القطب الجنوبي. يعد اكتشاف جسيم النيوترينو حدثًا نادرًا: على الرغم من مرور تريليونات منها على الأرض يوميًا، إلا أن معظمها لا يترك أي أثر على الإطلاق. وبناءً على ذلك، تقوم كاشفات IceCube بالإبلاغ عن عدد قليل من جسيمات النيوترينو كل عام.
ضرب جسيم النيوترينو هذا الكاشف بقوة هائلة تبلغ 100 تيرا إلكترون فولت، وهو ما أخبر العلماء أن الجسيم لا بد أنه جاء من مصدر غير عادي. وفي الواقع، اكتشفوا أنه نشأ من نفس قطعة السماء التي تم اكتشاف حدث تمزق الجاذبية فيها في أبريل. وحدد فريق البحث العلاقة بين الحدثين، واقترح أن الكثافة العالية للجسيم نشأت عندما دارت المادة المقذوفة حول الثقب الأسود، كما لو كان معجلًا عملاقًا للجسيمات، مما تسبب في قذفها مباشرة في اتجاهنا.
قامت مجموعة البحث في مركز DESY، بقيادة البروفيسور آنا فرانكوياك، بتطوير أدوات خاصة تجمع بين البيانات التي تم الحصول عليها من منشأة Zwicky، من IceCube، من مجموعة متنوعة من التلسكوبات البصرية (بما في ذلك التلسكوب الموجود على القمر الصناعي Swift التابع لناسا) وتلسكوب راديوي. - والذي أظهر أنه حتى بعد اختفاء الإشعاع الضوئي الذي شوهد من حدث تمزق الجاذبية، استمرت مستويات الإشعاع الأخرى في الارتفاع. وأظهر التحليل النظري أنه من الممكن أن يكون جسيم النيوترينو قد نشأ وقذف في المراحل اللاحقة من الحدث.
يقول البروفيسور جال يام: "لقد كان عرضًا مثيرًا للقوة الكامنة في الجمع بين طرق القياس المختلفة والتعاون بين مجموعات بحثية متنوعة". ويعتقد العلماء أن العديد من الاكتشافات قد تظهر نتيجة للطرق التي تم تطويرها خلال البحث. يمكن أن يساعد ذلك العلماء على فهم كيفية إنشاء "مسرع الجسيمات" الضخم الذي جلب لنا جسيم النيوترينو، وكيف يتم إنتاج جزيئات النيوترينو عالية الطاقة. ومن المتوقع أيضًا أن يساهم علماء المعهد في هذا الجهد شخصيًا التراساتوهو قمر صناعي جديد يجري تطويره حاليًا بقيادة البروفيسور إيلي واكسمان بالتعاون مع علماء من DESY. وبعد إطلاق القمر الصناعي في عام 2024، ستبحث تلسكوباته عن ظواهر غير عادية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. ويأمل العلماء أن يتمكن القمر الصناعي من اكتشاف الإشارات، التي لا يمكن اكتشافها حاليًا، من بعض الأحداث الأكثر إثارة في تاريخ الكون - بدءًا من أحداث تمزق الجاذبية إلى المستعرات الأعظم وموجات الجاذبية المنبعثة من النجوم النيوترونية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
