Correlation of galactic very-high-energy gamma-ray sources detected by LHAASO with high-energy neutrinos
تجد هذه الدراسة عدم وجود دليل مقنع على وجود ارتباط مكاني بين مصادر أشعة غاما ذات الطاقة العالية جداً التي رصدها مرصد LHAO وتنبيهات النيوترينو عالية الطاقة من مرصد IceCube، مما يشير إلى أن مصادر LHAO الحالية من غير المرجح أن تكون النظائر الأساسية لهذه النيوترينوهات، ويسلط الضوء على الحاجة إلى أدوات مستقبلية أكثر حساسية مثل IceCube-Gen2.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في أعماق الجليد المتجمد في القارة القطبية الجنوبية، يكمن كاشف ضخم صُمم لاصطياد أكثر الرسائل مراوغة في الكون: النيوترينوات عالية الطاقة. هذه جسيمات شبحية، شبه عديمة الكتلة ومعتدلة كهربائيًا، ويمكنها السفر عبر الكون دون أن يتم إيقافها بواسطة النجوم أو الغاز أو الغبار. لعقود من الزمن، بحث العلماء عن أصولها، آملين أن تكشف عن مواقع المحركات الأكثر عنفًا وطاقة في مجرتنا. وفي الوقت نفسه، يقوم مرصد من نوع مختلف في الصين، يتربع على هضبة جبلية عالية، بمسح السماء بحثًا عن أشعة غاما عالية الطاقة جدًا. هذه هي أكثر أشكال الضوء طاقة، وغالبًا ما تنتج عندما تتسارع الأشعة الكونية — وهي نوى ذرية تتحرك بسرعة فائقة — إلى سرعات مذهلة. ويطرح لغز طويل الأمد في الفيزياء الفلكية تساؤلاً عما إذا كانت أشعة غاما هذه ناتجة عن الإلكترونات أو البروتونات. فإذا كانت ناتجة عن البروتونات، فإن نفس الاصطدامات يجب أن تنتج أيضًا نيوترينوات. إن العثور على مصدر لأشعة غاما ونيوترينو قادم من نفس البقعة تمامًا في السماء سيكون بمثابة "الدليل القاطع"، مما يثبت أن الكون يسرّع البروتونات إلى طاقات تفوق بكثير ما يمكن لأي آلة صنعها الإنسان.
لقد شرع فريق من الباحثين مؤخرًا في اختبار هذا الارتباط باستخدام بيانات من مرصدين رئيسيين: مرصد "LHAASO" (مرصد حشد الهواء عالي الارتفاع الكبير)، ومرصد "IceCube" للنيوترينو. لقد رسم LHAASO خريطة للسماء وحدد تسعين مصدرًا متميزًا لأشعة غاما عالية الطاقة جدًا، بعضها يصل إلى طاقات تبلغ مليون ضعف ما تستخدمه الأشعة السينية الطبية. وفي الوقت نفسه، سجل IceCube مئات من أحداث النيوترينو عالية الطاقة التي تم تحديدها كإشارات محتملة من أعماق الفضاء. وقد طرح العلماء سؤالًا بسيطًا ولكنه عميق: هل تتداخل مصادر أشعة غاما وأحداث النيوترينو في السماء؟ فإذا كانت أشعة غاما هي بالفعل نتاج اصطدامات البروتونات، فيجب أن تأتي النيوترينوات من نفس الأماكن.
للإجابة على ذلك، قارن الباحثون بين مواقع التسعين مصدرًا لأشعة غاما التي وجدها LHAASO مقابل مواقع 348 حدث نيوترينو سجلها IceCube. وقد ركزوا بشكل خاص على النيوترينوات الأكثر طاقة، تلك التي تتجاوز طاقتها 100 تيرا إلكترون فولت، لأنها الأكثر احتمالاً للارتباط بالمسرعات القوية التي رصدها LHAALSO. بحث الفريق عن أي حالة يلمس فيها الموقع غير المؤكد لحدث نيوترينو منطقة مصدر لأشعة غاما. وقد وجدوا عدة حالات من هذا النوع؛ ففي تسع حالات، بدا أن حدث نيوترينو يتشارك موقعًا مع مصدر لأشعة غاما عند استخدام تعريف صارم لعدم اليقين في الموقع، وفي عشر حالات عندما تم تخفيف التعريف قليلاً.
ومع ذلك، فإن العثور على شيئين في نفس المكان لا يعني دائمًا أنهما مرتبطان. فالسماء مزدحمة بالمصادر، والنيوترينوات يمكن أن تأتي من أي مكان. ولتحديد ما إذا كانت هذه التداخلات ذات مغزى أم أنها مجرد حادث عشوائي، أجرى الفريق محاكاة حاسوبية ضخمة. قاموا بخلط مواقع النيوترينو حول السماء آلاف المرات، مع تثبيت مصادر أشعة غاما، لمعرفة عدد المرات التي قد يهبط فيها نيوترينو عشوائي بالقرب من مصدر عن طريق الصدفة البحتة. وأظهرت نتائج هذه المحاكاة أن التداخلات التي وجدوها لم تكن نادرة؛ في الواقع، كان الاحتمال الإحصائي لرؤية هذا العدد من التداخلات عن طريق الصدفة مرتفعًا للغاية. وهذا يعني أن البيانات لا تدعم فكرة أن مصادر أشعة غاما والنيوترينوات مرتبطة فيزيائيًا. يبدو أن التزامن المكاني هو مجرد مصادفة وليس علامة على أصل مشترك.
انتقل الباحثون بالتحقيق خطوة أبعد من خلال طرح سؤال نظري: حتى لو تطابقت المواقع، هل يمكن لهذه المصادر أن تنتج بالفعل ما يكفي من النيوترينوات لتفسير ما يرصده IceCube؟ افترضوا السيناريو الأكثر ملاءمة على الإطلاق: وهو أن كل شعاع غاما تم رصده بواسطة LHAALSO ناتج عن اصطدام البروتونات بالغاز، وهي عملية تنتج حتمًا نيوترينوات. وتحت هذا الافتراض، حسبوا الحد الأقصى الممكن لعدد النيوترينوات التي يمكن أن ترسلها هذه المصادر إلينا. وعندما قارنوا هذا الحد الأقصى النظري بعدد النيوترينوات الفعلي الذي رصده IceCube، كانت النتها مخيبة للآمال. فبالنسبة للغالبية العظمى من المصادر، كان الناتج النظري للنيوترينوات منخفضًا للغاية بحيث لا يمكنه تفسير أحداث النيوترينو المرصودة. وحتى في الحالة الأكثر تفاؤلاً، حيث تكون كل أشعة غاما علامة على نشاط البروتونات، فإن هذه المصادر ببساطة لا تملك القدرة على إنتاج النيوترينوات التي يلتقطها IceCube.
لا تنفي هذه الدراسة إمكانية أن تكون بعض هذه المصادر بالفعل مسرعات للجسيمات الكونية، لكنها تشير إلى أنها ليست هي المسؤولة عن أحداث النيوترينو المحددة التي تم اكتشافها حتى الآن. إن عدم وجود رابط قوي يشير إلى أن أشعة غاما إما تُنتج بواسطة الإلكترونات بدلاً من البروتونات، أو أن النيوترينوات تأتي من مصادر أخرى لم تُكتشف بعد. وتسلط النتائج الضوء على فجوة في فهمنا الحالي وتشير إلى الحاجة إلى أدوات أكثر حساسية. ويخلص الباحثون إلى أنه لحل لغز الأشعة الكونية المجرية حقًا، سنحتاج إلى كواشف ذات حساسية أكبر بكثير، مثل مرصد IceCube-Gen2 القادم، والذي سيكون قادرًا على رؤية إشارات أخفت وتحديد المواقع بدقة أعلى بكثير. وحتى ذلك الحين، يظل الارتباط بين منارات أشعة غاما عالية الطاقة هذه والنيوترينوات الشبحية سؤالًا مفتوحًا، ينتظر أدلة أوضح من الجيل القادم من المراصد الكونية.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.