ملحوظة المحرر: قم بالتسجيل في النشرة العلمية الخاصة بـ CNN’s Wonder Theory. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لأول مرة ، قام علماء الفلك بتجميع صورة متوهجة لمجرة درب التبانة باستخدام “جسيمات شبح” كونية تم الكشف عنها بواسطة تلسكوب مضمن في جليد القارة القطبية الجنوبية.
على مر السنين ، عرض علماء الفلك صورًا مذهلة لمجرة درب التبانة من خلال الإشعاع الكهرومغناطيسي من الضوء المرئي أو موجات الراديو. لكن هذا منظور جديد لمجرتنا يعتمد على جزيئات المادة ، وليس الطاقة.
إن ما يسمى بجزيئات الأشباح هي نيوترينوات. غالبًا ما يُشار إلى هذه الجسيمات الكونية الصغيرة عالية الطاقة على أنها شبحية لأنها شديدة البخار ويمكنها المرور عبر أي نوع من المواد دون تغيير.
نُشر البحث الخميس في مجلة Science.
قال المؤلف المشارك في الدراسة ناوكو كوراهاشي نيلسون ، أستاذ الفيزياء المشارك في جامعة دريكسل ، في بيان يعكس عندما شاهدت هي وطلاب الدكتوراه الصورة في البداية.
ليس للنيوترينوات أي كتلة تقريبًا ويمكنها السفر عبر أكثر البيئات قسوة – بما في ذلك النجوم والكواكب والمجرات بأكملها – ولا تغير بنيتها على الإطلاق. من المحتمل أن يمر المليارات منهم من خلالنا كل يوم ، ونحن لا نشعر بهم.
يصعب اكتشاف جسيمات الشبح لأنها لا تتفاعل غالبًا مع محيطها ، لكنها تتفاعل مع الجليد. ويمكن العثور على أعلى تركيز للجليد على الأرض في القارة القطبية الجنوبية.
استخدم فريق دولي من العلماء مرصد آيس كيوب نيوترينو في محطة أموندسن-سكوت القطب الجنوبي التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية في أنتاركتيكا لاكتشاف النيوترينوات وتعقبها إلى أصولها.
طريقة جليدية لدراسة الكون
يعد كاشف IceCube ، الذي بدأ تشغيله في عام 2010 ، الأكبر من نوعه. يمكن للمرصد مراقبة مليار طن من جليد القطب الجنوبي بحثًا عن تفاعلات النيوترينو. لبناء الكاشف ، حفر العمال 86 حفرة في الجليد ، عمق كل منها 1.5 ميل (2.4 كيلومتر) ، ونشروا شبكة من 5160 مستشعرًا للضوء عبر شبكة تمتد 0.2 ميل مكعب (1 كيلومتر مكعب).
عندما تتفاعل النيوترينوات مع الجليد ، فإنها تخلق أنماطًا ضوئية خافتة يكتشفها IceCube. تشير بعض أنماط الضوء إلى مناطق معينة من السماء ، مما يسمح لعلماء الفلك بتتبع مكان نشأتهم. في إحدى الحالات عام 2018 ، تمكن العلماء من استخدام IceCube لتتبع أصول النيوترينو الذي سافر 3.7 مليار سنة ضوئية إلى الأرض.
قال كوراهاشي إن التفاعلات الأخرى بين النيوترينوات والجليد تنتج فقط “كرات ضبابية من الضوء” ، مما يجعل تتبع مسارها إلى الأرض أكثر صعوبة.
قامت هي وطلاب الدكتوراه ستيف سكلافاني في جامعة دريكسيل وميركو هونيفيلد في جامعة TU Dortmund الألمانية بإنشاء خوارزمية للتعلم الآلي لمقارنة الحجم والطاقة والموقع النسبي لأكثر من 60.000 نمط ضوء نيوترينو تم اكتشافه بواسطة IceCube على مدار 10 سنوات.
أمضى الثلاثي أكثر من عامين في اختبار الخوارزمية قبل تزويدها ببيانات IceCube. كانت النتيجة النهائية صورة تظهر نقاطًا ساطعة من الضوء عبر مجرة درب التبانة والتي من المحتمل أن تنبعث منها نيوترينوات ، مما يخلق صورة جديدة لمجرتنا.
قال المؤلف المشارك في الدراسة تشاد فينلي ، الأستاذ المشارك في الفيزياء في جامعة ستوكهولم وعضو فريق IceCube ، في بيان: “إن رؤية مجرتنا بالنيوترينوات هو شيء حلمنا به ، ولكن بدا أنه بعيد المنال بالنسبة لمشروعنا لسنوات عديدة قادمة”. . “ما جعل هذه النتيجة ممكنة اليوم هو الثورة في التعلم الآلي ، مما يسمح لنا باستكشاف بياناتنا بشكل أعمق بكثير من ذي قبل.”
بعض المواقع المحددة في الصورة هي أيضًا موقع لأشعة غاما التي تم ملاحظتها سابقًا والتي تم إنشاؤها عندما اصطدمت الأشعة الكونية بغاز المجرة والغبار. يُعتقد أيضًا أن مثل هذه التفاعلات تخلق نيوترينوات ، لكن تحديد مصادر معينة للنيوترينوات هو هدف رئيسي للباحثين في المضي قدمًا.
قال سكلافاني: “لقد تم الآن قياس نظير نيوترينو ، وبالتالي تأكيد ما نعرفه عن مجراتنا ومصادر الأشعة الكونية”.
مطاردة الألغاز الكونية
يعتقد الباحثون الآن بعد رؤية الصورة أن تفاعلات الأشعة الكونية تكون أكثر كثافة في مركز المجرة.
الأشعة الكونية ، الجسيمات الأكثر نشاطا في الكون ، تقصف الأرض من الفضاء بالإشعاع. تم اكتشاف هذه الجسيمات المؤينة في غلافنا الجوي لأول مرة منذ أكثر من 100 عام ، في عام 1912 بواسطة الفيزيائي فيكتور هيس. قرر أنهم أتوا من الفضاء.
تتكون الأشعة الكونية في الغالب من بروتونات أو نوى ذرية تم تجريدها من الذرات ، وفقًا لوكالة ناسا.
لكن هذه الأشعة حيرت العلماء منذ اكتشافها. من أين أتوا ، وما الذي يخلقهم ويطلقهم عبر الكون؟ يمكن أن تخبرنا النيوترينوات.
الآن ، يريد الفريق التحقيق في مصادر محددة للنيوترينوات عبر المجرة.
قال كوراهاشي نيلسون: “إن مراقبة مجرتنا لأول مرة باستخدام الجزيئات بدلاً من الضوء هي خطوة كبيرة”.
“مع تطور علم فلك النيوترينو ، سنحصل على عدسة جديدة نلاحظ بها الكون. هذا هو السبب في أننا نفعل ما نفعله. لرؤية شيء لم يره أحد من قبل ، ولفهم أشياء لم نفهمها “.
لمزيد من أخبار CNN والنشرات الإخبارية ، قم بإنشاء حساب على CNN.com