شکار نمای دیده نشده از کهکشان راه‌شیری

این اولین باری است که ما کهکشان راه شیری را به جای دیدن از طریق طول‌ موج‌های متفاوت، به صورت «نقاشی‌شده» با یک ذره مشاهده می‌کنیم. نتیجه این کار مطالعاتی که در نشریه «ساینس» منتشر شده است، یک پنجره جدید به روی فضای کیهانی پیش چشم محققان می‌گشاید.

تصور بر این است که نوترینو با انرژی بالای برخورد ذرات باردار موسوم به اشعه‌های کیهانی با ماده‌ دیگر تولید می‌شود. به علت محدودیت تجهیزات ردیابی موجود، هنوز مجهولات زیادی درباره اشعه کیهانی وجود دارد. از این رو، نوترینوها راه دیگری برای مطالعه اشعه‌های کیهانی هستند.

از حدود یکصد سال پیش این مساله شناخته شده است که «راه شیری» در واقع یک کهکشان یا «جهان جزیره‌ای» و یکی از میان یکصد میلیارد کهکشان دیگر است. در پی آن و با گشوده شدن پنجره‌های ستاره‌شناسی جدید، ما خانه کهکشانی خود را در طول‌ موج‌های متفاوتی از نور – در امواج رادیویی، در باندهای مختلف مادون قرمز، در اشعه ایکس و در اشعه گاما – مشاهده کرده‌ایم.

اکنون می‌توانیم خانه و کاشانه کهکشانی خود را از طریق ذرات نوترینو مشاهده کنیم. این ذرات جرم بسیار پایین و تراکنش بسیار ضعیف با مواد دیگر دارند و به همین علت «ذرات شبح» لقب گرفته‌اند. نوترینوها زمانی از کهکشان ما ساطع می‌شوند که اشعه‌های کیهانی با ماده بین ستاره‌ای برخورد می‌کند. با این حال، نوترینو همچنین توسط ستارگانی مانند خورشید، برخی از ستارگان در حال انفجار یا «ابرنواختر»‌ و احتمالا همچنین توسط «انفجارهای اشعه گاما»‌ و دوراختر یا «کوازار» نیز تولید می‌شود. از این رو، آنها می‌توانند منظره بی‌سابقه‌ای از فرایندهای با انرژی بالا در کهکشان در اختیار ما بگذارند؛ منظره‌ای که تنها با استفاده از نور قابل دسترس نیست.

این پیشرفت جدید با یک «تلسکوپ» تا حدی عجیب حاصل شده است؛ تلسکوپی که در عمق چندین کیلومتری زیر پوشش یخی قطب جنوب کار گذاشته شده است. این تجهیزات موسوم به «رصدخانه نوترینو یخی» (IceCube Neutrino Observatory) از یک گیگاتن یخ بسیار شفاف در زیر فشار شدید برای ردیابی نوعی از انرژی موسوم به اشعه «چرنکوف» (Cherenkov) استفاده می‌کند.

این اشعه ضعیف توسط ذرات باردار ساطع می‌شود که در یخ سریعتر از نور حرکت می‌کند. این ذرات توسط نوترینوهای واردشونده حاصل از برخوردهای اشعه‌های کیهانی در کهکشان و برخورد با اتم‌ها در یخ ایجاد می‌شوند.

تحلیل داده‌های ۱۰ سال گذشته این رصدخانه با استفاده از تکنیک‌های پیچیده یادگیری ماشین، نزدیک به ۶۰ هزار رویداد نوترینو با انرژی بالای ۵۰۰ گیگاالکترون‌ولت (GeV) حاصل کرد که تنها هفت درصد آنها از منشاء فیزیک نجومی است و منشاء بقیه آنها نوترینوهای تولیدشده در اتمسفر زمین است.

محققان قصد دارند در آینده با تجهیزات IceCube-Gen۲ که ۱۰ بار بزرگتر از تجهیزات فعلی است، رویدادهای نوترینوی بیشتری را ثبت کنند و به این ترتیب تصویر تار و مبهم فعلی به منظره‌ای واضح‌تر از کهکشان تبدیل خواهد شد.