اخترفیزیکدانان از ذرات شبح مانند، نقشه جدیدی از کهکشانی که ما در آن زندگی می کنیم گردآوری کرده اند.
در حال حاضر، آن نقشه کهکشان راه شیری مبهم و ناقص است. اما با جمع‌آوری داده‌های بیشتر، واضح‌تر می‌شود و به روشن شدن تشنج‌های کهکشانی مانند بقایای در حال انبساط ستاره‌های منفجر شده کمک می‌کند و سرنخ‌هایی از اسرار ارائه می‌دهد که حل آنها تنها با رصد تلسکوپ‌های معمولی دشوار است.
نائوکو کوراهاشی نیلسون، استاد فیزیک در دانشگاه درکسل در فیلادلفیا که به این ایده رسید که می‌توان دید جدیدی از کهکشان به دست آورد، گفت: «این اولین باری است که ما کهکشان خودمان را در چیزی غیر از نور می‌بینیم. از ذرات معروف به نوترینو.
دکتر کوراهاشی نیلسون و بیش از 350 دانشمند دیگر که در تجزیه و تحلیل داده های یک آشکارساز نوترینو در قطب جنوب همکاری می کنند، یافته های خود را در مقاله ای که روز پنجشنبه در مجله Science منتشر شد، گزارش کردند.
جان جی لرند، فیزیکدان دانشگاه هاوایی که در این تحقیق مشارکتی نداشت، گفت: «این در نهایت واقعاً آغاز نجوم نوترینو است.
تا زمانی که مردم به آسمان شب نگاه کرده‌اند، نوار پراکنده‌ای از ستارگان در کهکشان را دیده‌اند. تلسکوپ های پیچیده کهکشان راه شیری را در سراسر طیف نور، از امواج رادیویی گرفته تا پرتوهای گاما با انرژی فوق العاده بالا، بررسی کرده اند. اما اینها همه اشکال نور هستند.
نوترینوها کاملاً متفاوت هستند: آنها ذراتی هستند که از انواع واکنش های زیر اتمی خارج می شوند و یکی از رایج ترین ذرات در جهان هستند. اما وزن آنها تقریباً هیچ است و به ندرت با چیزی تعامل دارند.
در انتهای زمین، دانشمندان یک چهارم مایل مکعب یخ قطب جنوب را به رصدخانه نوترینوهای IceCube تبدیل کرده اند. یخ به اندازه‌ای جرم دارد که از هر میلیون نوترینو که از آن عبور می‌کند، یک نفر به چیزی برخورد می‌کند و فلش نوری آزاد می‌کند که می‌تواند توسط بیش از 5000 لوله فتومولک‌کننده منجمد شده در یخ جذب شود.
نوامبر گذشته، تیم IceCube از کشف حدود 80 نوترینو از NGC 1068، کهکشانی که تنها 47 میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد، گزارش داد. این نوترینوها به احتمال زیاد زمانی به بیرون پرتاب شده‌اند که سیاه‌چاله‌ی بسیار پرجرم در مرکز آن، موادی را که در آن فرو می‌افتد، به شدت بلعیده است.
جالب اینجاست که هیچ نوترینویی وجود نداشت که اخترشناسان با اطمینان بگویند که از کهکشان راه شیری ما آمده باشد. از برخی جهات، این تعجب آور نبود. سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری بسیار ساکت تر از سیاهچاله NGC 1068 است. اما اخترفیزیکدانان انتظار داشتند که پدیده های دیگری نیز وجود داشته باشد که نوترینوهای پرانرژی کافی برای نمایش در مکعب یخ تولید کند.
یکی از موانع اتصال نوترینوها به رویدادهای کهکشان راه شیری، قرار دادن آشکارساز مکعب یخ در نیمکره جنوبی بود، جایی که کهکشان ما به راحتی قابل مشاهده است.
دکتر کوراهاشی نیلسون گفت: “شما فکر می کنید بهتر است زیرا آشکارساز در نیمکره جنوبی است.” اما در عوض، ذراتی که با برخورد پرتوهای کیهانی پرانرژی به مولکول‌های جو زمین ایجاد می‌شوند، سیگنال‌های نوترینویی را که اخترشناسان معمولاً به دنبال آن هستند، از بین می‌برند.
دکتر کورهاشی نیلسون گفت: «تقریباً مانند تلاش برای دیدن کهکشان راه شیری در لس آنجلس است.
حدود پنج سال پیش، او یک ایده داشت. به‌جای سیگنال‌های نوترینویی که ستاره‌شناسان تا آن زمان روی آنها تمرکز می‌کردند – مسیرهای طولانی نور که به کمک منشأ دور آنها را نشان می‌دهد – دکتر کورهاشی نیلسون می‌خواست آبشارهای کروی نوری را که نوترینوها می‌توانند در داخل IceCube ایجاد کنند، تجزیه و تحلیل کند. برای تعیین منشا ذرات مفید است.
او گفت: “این مانند یک لکه نور است.” ما قبلاً از نظر نجومی آن را دور می انداختیم.»
اما حباب‌ها در همه جهات کاملاً متقارن نیستند – درست همانطور که یک سنگ پرتاب شده در یک حوض، امواجی ایجاد می‌کند که همیشه دقیقاً دایره‌ای نیستند – بنابراین هنوز هم می‌توان یک جهت برای نوترینو استنباط کرد.
دکتر کوراهاشی نیلسون گفت: “من فکر می کنم اکثر همکاران من در آن زمان باور نداشتند که این کار قابل اجرا باشد.” “شما می خواهید پاکت را فشار دهید، اما نمی خواهید کاری را انجام دهید که انجام آن غیرممکن است. بنابراین شما تمام این ایده‌ها را دارید و باید یکی را انتخاب کنید که فکر می‌کنید ممکن است واقعاً کارساز باشد.»
استیو اسکلافانی، دانشجوی تحصیلات تکمیلی که با دکتر کوراهاشی نیلسون در Drexel کار می کند و اکنون محقق فوق دکتری در دانشگاه مریلند است، و میرکو هونفلد، دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه فنی دورتموند در آلمان، این تحلیل را رهبری کردند و از پیشرفت ها در این زمینه بهره بردند. یادگیری ماشین، شاخه ای از هوش مصنوعی.
آقای هانفلد گفت: «ما واقعاً در حال جستجوی سوزن در انبار کاه هستیم.
برای جلوگیری از احتمال فریب خود، تجزیه و تحلیل 10 سال داده های IceCube کورکورانه انجام شد. محققان به هیچ یک از نتایج میانی نگاه نکردند و دانشمندان تا آخر نمی‌دانستند که آیا آنالیز آنها اصلاً نوترینوهای راه شیری را پیدا کرده است یا خیر. دکتر اسکلافانی گفت: «این امکان وجود داشت که ما آن جعبه را باز کنیم و صفر را ببینیم.
در عوض، تجزیه و تحلیل صدها نوترینو را که از صفحه کهکشانی کهکشان راه شیری آمده بودند، نشان داد. به نظر می رسد که بین نوترینوها و پرتوهای گاما، بالاترین انرژی نور، همبستگی وجود دارد. هر دو در آبشار ذراتی ایجاد می‌شوند که وقتی پرتوهای کیهانی پرانرژی به ذرات دیگری مانند مولکول‌های گاز هیدروژن در فضای بین ستاره‌ای برخورد می‌کنند، بیرون می‌ریزند.
دکتر کوراهاشی نیلسون گفت: یک نقطه روشن در نزدیکی مرکز کهکشانی وجود دارد – شاید نوترینوهای تولید شده توسط سیاهچاله کلان راه شیری – اما دکتر کوراهاشی نیلسون گفت: «این از نظر آماری چندان قابل توجه نیست. با جمع‌آوری داده‌های بیشتر، انتشار نوترینو از مرکز کهکشان متمایز می‌شود – یا محو می‌شود زیرا فقط یک تصادف آماری بود.
بارش پرتوهای کیهانی، پرتوهای گاما و نوترینوها بر روی زمین نشان می‌دهد که کیهان چیزی جز آرامش است، با ستارگان در حال انفجار و سیاه‌چاله‌هایی که محیط اطراف خود را می بلعند.
رجینا ام. کاپوتو، اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در مریلند که در پروژه آیس کیوب نقشی نداشت، گفت: «ما در حال مشاهده همه این فرآیندهای فوق العاده خشن و پر انرژی هستیم.
الیزابت ای. هیس، دانشمند پروژه تلسکوپ فضایی پرتو گاما فرمی ناسا، گفت که IceCube نمای جدید و متفاوتی را ارائه خواهد کرد. او گفت: «اکنون که نوترینوها را هم داریم، می‌توانیم با هم به آن چیزها نگاه کنیم تا واقعا بفهمیم که ماده پرانرژی از کجا می‌آید، در کهکشان ما و فراتر از آن.»
