ما تخفيه المجرة الشهيرة: شرح علماء الفلك العمليات الغريبة في قلبها

وتم عرض نتائج الدراسة في ندوة علمية عبر الإنترنت، حضرها الخبراء

الصحفيين والعلماء من جميع أنحاء العالم.

ماذا فعل العلماء؟

مجموعة دولية من علماء الفلك لأول مرةوجدت أدلة على انبعاثات النيوترينو عالية الطاقة من المجرة NGC 1068 على مسافة 47 مليون سنة ضوئية من الأرض. يُعرف أيضًا باسم Messier 77 ويقع في كوكبة قيطس. بسبب سطوعه ونشاطه، يعد NGC 1068 أحد أشهر الأجسام وأكثرها دراسة. تم اكتشافه عام 1780، ويمكن الآن رؤيته بمنظار كبير.

على الرغم من حقيقة أن العلماء يعرفون الكثير عن NGC 1068 ، إلا أن مراقبة نشاط النيوترينو المخفي لم يكن بهذه السهولة. لماذا بالضبط ، سنقول بعد ذلك بقليل.

كيف فعلوا ذلك؟

يكتشف العلماء النيوترينوات بفضل المرصدمكعب ثلج. إنه تلسكوب نيوترينو ضخم يغطي مليار طن من الجليد المعالج من 1.5 إلى 2.5 كيلومتر تحت سطح القارة القطبية الجنوبية بالقرب من القطب الجنوبي.

عندما يتفاعل النيوترينو مع الجزيئات الموجودة في الجليد الصافي في القطب الجنوبي، فإنه ينتج جسيمات ثانوية تترك أثرًا من الضوء الأزرق أثناء مرورها عبر كاشف IceCube.
حقوق الصورة وحقوق النشر: Nicole R. Fuller، IceCube / NSF

هذا هو المرصد الفريد الذي يستكشفأبعد أركان الكون هنا على الأرض بمساعدة النيوترينوات. وبفضله أبلغ العلماء عن أول ملاحظة لمصدر نيوترينو عالي الطاقة في عام 2018. نحن نتحدث عن الكائن TXS 0506 + 056 ، وهو بلازار قوي ، يقع على الكتف الأيسر من Orion ، كوكبة 4 مليارات سنة ضوئية من الأرض.

إن اكتشاف مصدر ثانٍ للنيوترينوات عالية الطاقة والأشعة الكونية هو نتيجة لأكثر من 30 عامًا من البحث العلمي. رسم توضيحي: IceCube / NSF

عندما تتفاعل النيوترينوات مع الجزيئات الموجودة في الجليد الصافي في القطب الجنوبي، فإنها تنتج جسيمات ثانوية. إنهم يتركون أثرًا من الضوء الأزرق أثناء مرورهم عبر كاشف IceCube.

في المجموع، تراكمت حوالي80 نيوترينو بطاقة تيرا إلكترون فولت من NGC 1068. وكما أوضح مؤلفو الدراسة الجديدة، فقد تمكنوا من "التقاط" الجسيمات بفضل التحديث الدقيق لمعايرة الكاشف. أدى عمل خبراء تشغيل المعدات إلى تحسين إعادة بناء اتجاه النيوترينو. بكلمات بسيطة، تمكن الفيزيائيون من تتبع مسار الجسيمات من NGC 1068 بدقة أكبر.

ما هي النيوترينوات؟

النيوترينوات هي الاسم الشائع للمحايدينالجسيمات الأساسية مع دوران نصف عدد صحيح. خصوصيتها هي أنها تشارك فقط في التفاعلات الضعيفة والجاذبية وتنتمي إلى فئة اللبتونات. الآن يعرف الفيزيائيون عن ثلاثة أنواع من هذه الجسيمات: نيوترينوات الإلكترون والميون والتاو، بالإضافة إلى الجسيمات المضادة المقابلة لها، ومن السمات الأخرى للنيوترينوات أنها تمتلك كتلة قليلة جدًا ولا تحتوي على شحنة، فهي تولد في تفاعلات نووية حرارية للنجوم وانفجارات المستعرات الأعظم. .

مخطط كاشف IceCube. الرسم التوضيحي: IceCube/NSF

تعتبر دراسة هذه الجسيمات من أهم المجالات في الفيزياء. وبمساعدتهم، يجد العلماء ويدرسون التأثيرات التي تتجاوز النموذج القياسي.

النموذج القياسي – نظريبناء في فيزياء الجسيمات يصف التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية لجميع الجسيمات الأولية. تم الانتهاء من الصياغة الحديثة منذ حوالي 20 عامًا بعد التأكيد التجريبي على وجود الكواركات.

وبمساعدة النيوترينوات الشمسية، يدرس علماء الفلك العمليات التي تحدث في الشمس في الوقت الفعلي.

كيف يعمل النيوترينو؟

على عكس الضوء، يمكن للنيوترينوات الهروب منهبيئات كثيفة للغاية في الكون وتصل إلى الأرض. المادة والمجالات الكهرومغناطيسية التي تتخلل الفضاء خارج المجرة ليس لها أي تأثير عليها عمليًا.

على الرغم من أن العلماء توصلوا إلى علم فلك النيوترينو أكثرقبل 60 عامًا، كان التفاعل الضعيف بين الجسيمات والمادة والإشعاع يجعل من الصعب للغاية اكتشافها. ولكن هذا لا يزال مهما جدا. يطلق العلماء على النيوترينوات اسم "المفتاح" الذي سيساعد في دراسة الأجسام الأكثر تطرفًا في الفضاء.

ما هو المعروف عن "مورد النيوترينو" المجري؟

كما هو الحال مع مجرة ​​درب التبانة،NGC 1068 هي مجرة ​​حلزونية ذات أذرع ملتوية بشكل فضفاض وانتفاخ مركزي صغير نسبيا. ومع ذلك، على عكس مجرتنا، فإن NGC 1068 هو جسم نشط. وهذا يعني أن معظم الإشعاع لا ينتج عن النجوم، بل عن المواد التي تسقط في الثقب الأسود المركزي. فهو أكبر بملايين المرات من كتلة الشمس وحتى القوس A*، وهو ثقب أسود غير نشط في مركز مجرتنا.

صورة هابل للمجرة الحلزونية NGC 1068. الائتمان: NASA / ESA / A. فان دير هوفين

تنتمي NGC 1068 أيضًا إلى النوع الثاني من مجرات سيفرت.

مجرة سيفرت - حلزونية أومجرة غير منتظمة ذات نواة نشطة، يحتوي طيف انبعاثها على العديد من النطاقات العريضة الساطعة، مما يشير إلى انبعاثات غازية قوية بسرعات تصل إلى عدة آلاف من الكيلومترات في الثانية. تتميز الأجسام من النوع الثاني بنواة لامعة مميزة وتظهر أيضًا لامعة عند ملاحظتها في الأشعة تحت الحمراء.

المشكلة الأساسية

يمكن رؤية NGC 1068 من الأرض بهذه الزاويةالمنطقة الوسطى التي يقع فيها الثقب الأسود مخفية عن المراقبة. تبقى العمليات داخلها غامضة، وفي مجرات سيفرت من النوع الثاني أيضًا، تحجب طارة من الغبار النووي معظم الإشعاع عالي الطاقة. يتم إنتاجها بواسطة كتلة كثيفة من الغازات والجسيمات التي تتحرك ببطء وحلزوني نحو الداخل نحو مركز المجرة.

كل هذا، بالإضافة إلى الإشعاع، يجب أن يمنعأشعة غاما. وإلا فإنهم "سيرافقون" النيوترينوات ويساعدون العلماء. الآن بعد أن قام الفيزيائيون بمعايرة كاشفات IceCube واكتشفوا جسيمات مراوغة من قلب NGC 1068، فإنهم يتعلمون المزيد عن البيئة المحيطة بالثقوب السوداء الهائلة، دون الأخذ في الاعتبار أشعة غاما.

ما سبب أهمية حساب النيوترينوات القادمة من المجرات؟

وفقًا لمؤلفي الدراسة ، شكرًا لـتقترب قياسات النيوترينو لكل من TXS 0506 + 056 و NGC 1068 IceCube من الإجابة على السؤال حول أصل الأشعة الكونية الذي كان العلماء يطالبون به منذ أكثر من مائة عام.

منظر لمختبر IceCube عند الغسق.
الائتمان وحقوق النشر: مارتن وولف، IceCube/NSF

والآن يعرف العلماء ما هيتيارات من الجسيمات المشحونة المنفصلة وغير المرتبطة والتي "تطير" من الفضاء الخارجي بسرعة هائلة. تهيمن عليها البروتونات، ولكنها تحتوي أيضًا على إلكترونات ونواة الهيليوم وعناصر كيميائية أثقل.

بالإضافة إلى ذلك ، ساعدت الدراسة العلماء على فهم أنه قد يكون هناك العديد من هذه الأشياء في الكون. لم يتم التعرف عليها بعد.

ما التالي؟

وفي المستقبل، سوف يصبح NGC 1068 معيارًا لـتلسكوبات النيوترينو، وفقا لمؤلفي الدراسة. نعم، هذا بالفعل موضوع مدروس جيدًا لعلماء الفلك. لكن النيوترينوات ستسمح للعلماء برؤية هذه المجرة بطريقة مختلفة تمامًا.

قراءة المزيد:

سميت عواقب آخر عاصفة شمسية ضربت الأرض

أثار تأثير هائل من جسم فضائي المجال المغناطيسي للأرض

نفق ضخم أسفل المعبد المصري "مخفي" من القطع الأثرية الغامضة

مصادر:
دليل على انبعاث النيوترينو من المجرة النشطة القريبة NGC 1068، العلوم (2022)
النيوترينوات تكشف عن نشاط مجري خفي، العلوم (2022)

الغلاف: المجرة الحلزونية ذات القضبان NGC 1068
المساهمون: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، أليكس فيليبينكو (جامعة كاليفورنيا في بيركلي) ، ويليام سباركس (STScI) ، لويس سي هو (KIAA-PKU) ، ماثيو أ.