يتتبع العلماء جسيمًا شبحيًا عالي الطاقة إلى مجرة "شادو بلاستر"
تمكن علماء الفلك من تحديد مصدر جسيم "شبح" عالي الطاقة، وهو مجرة شادو بلاستر، وهي مجرة تشكل النجوم تقع على بعد 11 مليار سنة ضوئية. وهذا يعني أن هذا الجسيم، وهو نيوترينو، كان في طريقه إلينا منذ أن كان عمر الكون آنذاك حوالي 3 مليارات سنة فقط، أي قبل 13.8 مليار سنة.
يُقدّم هذا الاكتشاف أول دليل على أن المجرات المُشكّلة للنجوم، مثل مجرة شادو بلاستر، تلعب دورًا هامًا في ملء الكون بجسيمات النيوترينو الكونية الغامضة عالية الطاقة. اكتسبت هذه الجسيمات لقبها المُخيف لأنها، عديمة الكتلة تقريبًا وبدون شحنة كهربائية، تمر عبر المادة بتفاعل ضئيل أو معدوم، بينما تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء. ولتوضيح ذلك، أثناء قراءتك للجملة السابقة، مرّ أكثر من 65 مليار نيوترينو عبر كل بوصة مربعة من جسمك؛ أي ما يُقارب 100 مليار نيوترينو لكل سنتيمتر مربع.
على الرغم من صعوبة رصد هذه الجسيمات، فقد رصدت البشرية النيوترينوات منذ ستينيات القرن الماضي، ولكن لم يُحدد سوى عدد قليل من مصادرها. تُعد النيوترينوات ثاني أكثر الجسيمات وفرةً في الكون بعد الفوتونات، وهي جسيمات الضوء، والمصادر المُحددة لا تكفي لتفسير هذه الوفرة. وقد دفع ذلك إلى البحث عن مصادر أخرى خفية للنيوترينوات، وخاصةً تلك التي تُسرّعها إلى طاقات عالية. وقد أدى هذا البحث الآن إلى تحديد مجرة "شادو بلاستر" شديدة السطوع، والتي تحمل الاسم الرسمي JCMT0402−0424، والتي تتألق في نطاق الأشعة تحت الحمراء، كمصدر محتمل للنيوترينوات.
قال يوجي أوراتا من شركة MITOS Science Co., LTD في تايوان في بيان: "تمتلك مجرة شادو بلاستر بيئة كثيفة غنية بالغاز، وهي البيئة التي أشارت إليها النماذج النظرية منذ فترة طويلة، والتي يمكن أن تنتج بكفاءة نيوترينوات عالية الطاقة. وإذا تأكد ذلك، فستكون شادو بلاستر أول مجرة منفردة لتكوين النجوم في بيئة غبارية مرتبطة بشكل مباشر بحدث نيوترينو عالي الطاقة."
ALMA)، وهي مجموعة من 66 هوائيًا للموجات الراديوية في شمال تشيلي.
تُعدّ ظاهرة عدسة الجاذبية ظاهرة تحدث عندما يمرّ جسم ذو كتلة هائلة بين الأرض ومصدر بعيد في الخلفية، مما يؤدي إلى انحناء نسيج الزمكان. وعندما يشقّ الضوء القادم من المصدر مساره عبر هذا الانحناء، ينحني مساره. وينتج عن ذلك وصول الضوء من المصدر المُعدَّس في أوقات مختلفة إلى تلسكوباتنا، مما يؤدي إلى تضخيمه.
في حالة مجرة شادو بلاستر، قبل أن يتمكن الفريق من معرفة أي شيء عن هذه المجرة البعيدة، كان عليهم اكتشاف المزيد عن الجسم الذي يعمل كعدسة جاذبية وسيطة، وتحديدًا نوعه وكتلته ومسافته عنا. ولتحقيق ذلك، استعانوا بتلسكوب جيميني الشمالي وأجهزة مطياف جيميني متعدد الأجسام (GMOS) ومطياف جيميني للأشعة تحت الحمراء القريبة (GNIRS).
بعد تحديد نموذج العدسة الجاذبية، اكتشف الفريق أن مجرة شادو بلاستر هي مجرة ذات قلب شديد الكثافة مليء بسحب كثيفة من الغاز والغبار، مما يُغذي انفجارًا هائلاً لتكوين النجوم. لطالما نُظِّر إلى أن منطقة كهذه تعمل كمسرِّع جسيمات قوي. ولأن شادو بلاستر تفتقر إلى ثقب أسود فائق الكتلة يغذيها، يُظهر هذا البحث أن هذه المناطق لا تزال قادرة على العمل كمسرِّعات جسيمات كونية حتى عندما تحتوي على ثقوب سوداء خامدة، وفي غياب النفاثات القوية المنبعثة من النوى المجرية النشطة.
أما بالنسبة للعدد الإجمالي للنيوترينوات، فقد يُسهم هذا البحث في تفسير ذلك أيضًا. يُعتقد أن المجرات التي تشهد تكوينًا كثيفًا للنجوم، أو ما يُعرف بمجرات الانفجار النجمي، كانت منتشرة بكثرة قبل حوالي 10 مليارات سنة في بدايات الكون. وبالتالي، يُحتمل أن تكون هذه المجرات قد أنتجت كميات هائلة من النيوترينوات عالية الطاقة. مع ذلك، قد يكون إثبات ذلك صعبًا، إذ لا يُتاح لعلماء الفلك فرصة العثور على جميع هذه المجرات المختبئة خلف عدسة الجاذبية، ما يعني أنها قد تكون خافتة وبعيدة جدًا بحيث يتعذر دراستها.
وخلص أوراتا إلى القول: "تشير تحليلاتنا إلى أن هذه المجموعة السكانية قد تساهم بنسبة تصل إلى 20% تقريبًا من خلفية النيوترينو المنتشرة التي تم قياسها بواسطة مرصد آيس كيوب".
نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (17 يونيو) في مجلة Nature Astronomy.
