نوترینویی که از یک ستاره از هم گسیخته آمده، یک شتابدهنده کیهانی را آشکار کرد

برداشت هنری از قرص برافزایشی پیرامون یک ابرسیاهچاله، با ساختارهایی فواره-مانند که از قرص بیرون می‌زنند

در یک کهکشان دوردست، یک ابرسیاهچاله (سیاهچاله‌ی کلان‌جرم) ستاره‌ای را تکه پاره کرد و انفجاری از انرژی به بیرون افشاند. از سوی دیگر برای نخستین بار، پژوهشگران نوترینویی را دیده‌اند که احتمال می‌رود از یک چنین رویدادی آمده باشد، رویدادی که به نام "گسیخت کِشندی" (تی‌دی‌ئی) شناخته می‌شود.

نوترینوها ذرات کوچکی هستند که به ندرت با مواد دیگر برهمکنش انجام می‌دهند، و از همین رو آشکارسازی آنها بی‌اندازه دشوار است. در ۱ اکتبر ۲۰۱۹، رصدخانه‌ی نوترینوی آیس‌کیوب در جنوبگان نوترینویی با انرژیِ به نسبت بالا را دید که به نظر  می‌رسید از بیرون از کهکشان راه شیری آمده.

در همین زمان، روبرت اشتاین از سنکروترون الکترونی آلمان (دِسی) داشت به همراه همکارانش با بهره از تاسیسات اجرام گذرای زوییکی در کالیفرنیا ستاره‌ای را مشاهده می‌کرد که بیش از حد به یک ابرسیاهچاله نزدیک شده بود. گرانش نیرومند سیاهچاله این ستاره را از هم گسیخت و یک رویداد تی‌دی‌ئی پدید آورد که تا چند ماه ادامه داشت. این تی‌دی‌ئی و آن نوترینوی آیس‌کیوب از یک نقطه در آسمان آمده بودند، چیزی که نشان می‌داد احتمالا ستاره‌ی از هم گسیخته آن نوترینو را تولید کرده بوده.

اشتاین می‌گوید: «نظریه‌پردازان می‌گویند برخی از نوترینوها می‌توانند از تی‌دی‌ئی‌ها بیایند و چیزی که ما اینجا داریم نخستین گواهِ رصدی است که از این گفته پشتیبانی می‌کند.» برای تولید یک نوترینوی پرانرژی، باید یک ذره (به طور معمول یک پروتون) شتاب بگیرد تا به سرعتی بی‌اندازه بالا برسد و سپس با یک پروتون دیگر یا یک فوتون برخورد کند تا از هم بپاشد و به ذره‌های کوچک‌تری مانند نوترینوها بخش شود. رویدادهای کمی در کیهان هستند که می‌توانند شتابی که برای تولید  نوترینوهای پرانرژی نیازست را پدید بیاورند. اکنون به نظر می‌رسد رویدادهای گسیخت کشندی می‌توانند یکی از چنین رویدادهایی باشند.

ولی ما هنوز سازوکار دقیقِ این شتاب‌دهیِ ذرات را نمی‌شناسیم. این رازیست که با این واقعیت که آن نوترینو ۱۵۴ روز پس از اوج فعالیتِ گسیخت کشندی دریافت شده گیج‌کننده‌تر هم می‌شود.

والتر وینتر از دسی می‌گوید: «باید توضیح دهیم که چرا نوترینو اینقدر دیرتر از اوج رویداد می‌آید- این نوترینو نیم‌سال دیرتر آمد. به طور طبیعی انتظار چنین چیزی را نداریم.» وینتر و سیسیلیا لوناردینی از دانشگاه ایالتی آریزونا سناریویی را پیش کشیده‌اند که می‌تواند دلیلِ این همه دیر رسیدنِ نوترینو را توضیح دهد.

پس از آن که یک ستاره در رویداد تی‌دی‌ئی از هم گسیخته می‌شود، موادش در قرصی پیرامون سیاهچاله پخش می‌گردد [قرص برافزایشی]. به پیشنهاد وینتر و لوناردینی، بخشی از این مواد می‌تواند توسط میدان‌های مغناطیسی نیرومند به درون فواره‌ای کشیده شود که ذرات را شتاب می‌دهد و به سرعت‌های بالا می‌رساند.

لوناردینی می‌گوید: «اینجا چنین فواره‌ی خروطی‌ای داریم که توده‌هایی از مواد را پس می‌زند.»«پروتون‌ها در برخوردهای این توده‌ها شتاب می‌گیرند.» ولی برای تولید یک نوترینو، پرتون‌های پرسرعت باید به چیزی کوبیده شوند. پژوهشگران می‌گویند این دِرنگ ( همان تاخیرِ ۱۵۴ روزه) می‌تواند به خاطر این بوده باشد که باید صبر می‌شده تا گونه‌ی دیگری از ذرات (فوتون‌ها) به اندازه‌ی کافی پیرامون سیاهچاله انباشته شوند- چیزی مانند ابری از نور. در این هنگام شانسِ یک برخوردِ پروتون-فوتون وجود دارد.

رصدهای پرتو ایکس نشان می‌دادند که اگرچه پرتوهای ایکسی که این تی‌دی‌ئی می‌گسیلیده از بیشترِ رویدادهای دیگری که دیده‌ایم بیشتر بوده، ولی این پرتوهای ایکس به سرعت و در حدود همان زمانی که نوترینو تولید شد کم‌نور شده بودند. وینتر و لوناردینی می‌گویند این می‌تواند بدین دلیل باشد که ابرِ فوتون جلوی تابشِ پرتو ایکس را گرفته بوده و همزمان، چیزی برای برخورد و تولید نوترینو به پروتون‌های درون فواره می‌داده.

لوناردینی می‌گوید: «اگر این درست باشد، می‌فهمیم که رویدادهای گسیخت کشندی چشمه‌ی مهمی از نوترینوها هستند، پس این به تنهایی چیز تازه‌ایست.»«به پنداشت من، تی‌دی‌ئی‌هایی که در طیف پرتو ایکس بیش از اندازه درخشانند باید مورد توجه ویژه قرار بگیرند وشاید نیاز باشد آنها را بیشتر بررسی کنیم.»

پژوهشنامه‌های این دانشمندان در نشریه‌ی نیچر آسترونومی منتشر شده است: ۱ و ۲.

--------------------------------------------------
تلگرام، توییتر، و اینستاگرام یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
instagram.com/1star.7sky

واژه‌نامه:
galaxy - star - supermassive black hole - neutrino - tidal disruption event - TDE - IceCube Neutrino Observatory - Antarctica - Robert Stein - German Electron Synchrotron - DESY - Zwicky Transient Facility - California - proton - photon - Walter Winter - Cecilia Lunardini - Arizona State University - black hole - magnetic field - conic jet - X-ray - Nature Astronomy

منبع: نیوساینتیست
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان