מקורותיה של אנרגיה גבוהה הניטרינו זוהו בפעם הראשונה, ופתרו תעלומה אסטרונומית חשובה
כדי להבין וללמוד יותר אנרגיה או חומר, חקר החלקיקים התת-אטומיים המסתוריים הוא חיוני מאוד. פיזיקאים מסתכלים על חלקיקים תת-אטומיים - נויטרינו - להשיג הבנה נוספת של האירועים והתהליכים השונים מהם מקורם. אנו יודעים על כוכבים ובמיוחד על השמש על ידי לימוד נויטרינו. יש עוד כל כך הרבה מה ללמוד על עוֹלָם והבנת אופן פעולת הנייטרינים היא הצעד החשוב ביותר עבור כל מדען שמתעניין בפיזיקה ואסטרונומיה.
מה הם ניטרינו?
ניוטרינו הם חלקיקים אדים (ומאד נדיפים) כמעט ללא מסה, ללא מטען חשמלי והם יכולים לעבור דרך כל סוג של חומר ללא כל שינוי בעצמם. ניוטרינו יכולים להשיג זאת על ידי עמידה בתנאים קיצוניים וסביבות צפופות כמו כוכבים, כוכב לכת ו גלקסיות. תכונה חשובה של ניטרינו היא שהם אף פעם לא מקיימים אינטראקציה עם החומר בסביבתם וזה הופך אותם למאתגרים מאוד לניתוח. כמו כן, הם קיימים בשלושה "טעמים" - אלקטרונים, טאו ומיאון והם מחליפים בין הטעמים הללו כשהם מתנודדים. זה נקרא תופעות "ערבוב" וזהו תחום המחקר המוזר ביותר בעת ביצוע ניסויים בניטרינו. המאפיינים החזקים ביותר של ניטרינו הם שהם נושאים מידע ייחודי על מקורם המדויק. זה בעיקר בגלל שהניטרינו הם אנרגטיים מאוד, אין להם מטען ולכן הם לא מושפעים משדות מגנטיים בעלי עוצמה כלשהי. מקורם של הנייטרינו אינו ידוע לחלוטין. רובם מגיעים מהשמש אבל מספר קטן במיוחד אלו שיש להם אנרגיות גבוהות מגיעים מאזורים עמוקים יותר של שטח. זו הסיבה שמקורם המדויק של הנוודים החמקמקים הללו עדיין לא היה ידוע והם מכונים "חלקיקי רפאים".
מקורו של ניטרינו בעל אנרגיה גבוהה
במחקרי תאומים פורצי דרך באסטרונומיה שפורסמו ב מדע, חוקרים התחקו לראשונה אחר מקורו של ניטרינו חלקיקי תת-אטומי רפאים שנמצא עמוק בקרח באנטארקטיקה לאחר שעבר 3.7 מיליארד שנים כוכב לכת כדור הארץ1,2. עבודה זו מושגת על ידי שיתוף פעולה של למעלה מ-300 מדענים ו-49 מוסדות. ניטרינו בעלי אנרגיה גבוהה זוהו על ידי גלאי IceCube הגדול ביותר אי פעם שהוקם בקוטב הדרומי על ידי מצפה הניוטרינו IceCube עמוק לתוך שכבות הקרח. כדי להשיג את מטרתם, נקדח בקרח 86 חורים, כל אחד בעומק קילומטר וחצי, והתפזרו על פני רשת של יותר מ-5000 חיישני אור ובכך מכסים שטח כולל של קילומטר מעוקב. גלאי IceCube, המנוהל על ידי קרן המדע הלאומית של ארה"ב, הוא גלאי ענק המורכב מ-1 כבלים המוכנסים לחורי קידוח עד לקרח עמוק. הגלאים מתעדים את האור הכחול המיוחד הנפלט כאשר ניטרינו מקיים אינטראקציה עם גרעין אטום. ניטרינו רבים בעלי אנרגיה גבוהה זוהו אך לא ניתן היה לעקוב אחריהם עד שניטרינו עם אנרגיה של 86 טריליון אלקטרונים וולט זוהה בהצלחה מתחת לכיפת קרח. אנרגיה זו גדולה כמעט פי 300 מהאנרגיה של הפרוטונים שעוברים דרך Large Hardon Collider שהוא מאיץ החלקיקים החזק ביותר במכשיר זה. כוכב לכת. לאחר ביצוע זיהוי זה, מערכת בזמן אמת אספה ואספה באופן שיטתי נתונים, עבור כל הספקטרום האלקטרומגנטי, ממעבדות על פני כדור הארץ וב שטח על מקור הניטרינו הזה.
הניטרינו אותר בהצלחה לזוהר גלקסיה המכונה "הבלייזר". בלייזר הוא פעיל אליפטי ענק גלקסיה עם שני סילונים הפולטים ניטרינו וקרני גמא. יש לו סופר-מאסיבי ייחודי ומסתובב במהירות חור שחור במרכזו וב גלקסיה נע לכיוון כדור הארץ סביב מהירות האור. אחד מהסילונים של הבלייזר הוא בעל אופי בהיר בוהק והוא מצביע ישירות על כדור הארץ נותן זאת גלקסיה שמו. הבלייזר גלקסיה ממוקם משמאל לקבוצת הכוכבים אוריון והמרחק הזה הוא כ-4 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. גם ניטרינו וגם קרני גמא זוהו על ידי המצפה וגם בסך הכל 20 טלסקופים על פני כדור הארץ וב שטח. מחקר ראשון זה1 הראה זיהוי של נויטרינו ומחקר שני לאחר מכן2 הראה שהבלייזר גלקסיה ייצר את הניטרינו הללו מוקדם יותר גם ב-2014 וב-2015. הבלייזר הוא בהחלט מקור לנייטרינו אנרגטי במיוחד ובכך גם לקרניים קוסמיות.
תגלית פורצת דרך באסטרונומיה
גילוי הנייטרינים הללו הוא הצלחה גדולה והוא יכול לאפשר מחקר ותצפית על עוֹלָם באופן שאין שני לו. מדענים מצהירים שתגלית זו עשויה לעזור להם לאתר, בפעם הראשונה, את מקורות הקרניים הקוסמיות המסתוריות. קרניים אלו הן שברי אטומים שיורדים אל כדור הארץ מחוץ למערכת השמש בוערים במהירות האור. הם מואשמים בגרימת בעיות ללוויינים, מערכות תקשורת וכו'. בניגוד לנייטרינו, קרניים קוסמיות הן חלקיקים טעונים ולכן שדות מגנטיים ממשיכים להשפיע ולשנות את דרכם וזה לא מאפשר לאתר את מקורותיהם. קרניים קוסמיות היו נושא למחקר באסטרונומיה במשך זמן רב ולמרות שהתגלו בשנת 1912, קרניים קוסמיות נותרו בגדר תעלומה גדולה.
בעתיד, מצפה ניוטרינו בקנה מידה גדול יותר המשתמש בתשתית דומה כפי ששימשה במחקר זה יכול להשיג תוצאות מהירות יותר וניתן לבצע גילויים נוספים כדי לפרום מקורות חדשים של ניטרינו. מחקר זה שנעשה על ידי רישום תצפיות מרובות והכרת נתונים על פני הספקטרום האלקטרומגנטי הוא חיוני כדי לקדם את ההבנה שלנו של עוֹלָם מנגנוני הפיזיקה השולטים בו. זהו המחשה מצוינת של אסטרונומיה "רב-שליחים" המשתמשת לפחות בשני סוגים שונים של אותות כדי לבחון את הקוסמוס, מה שהופך אותו לעוצמתי ומדויק יותר בהפיכת גילויים כאלה לאפשריים. גישה זו סייעה לגלות התנגשות כוכבי נויטרונים וגם גלי כבידה בעבר הקרוב. כל אחד מהשליחים הללו מספק לנו ידע חדש על עוֹלָם ואירועים עוצמתיים באווירה. כמו כן, זה יכול לסייע בהבנה נוספת על האירועים הקיצוניים שהתרחשו לפני מיליוני שנים וקבעו את החלקיקים הללו לעשות את מסעם לכדור הארץ.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. תצפיות מרובות שליחים של בלאזאר מתלקח במקביל לניטרינו בעל אנרגיה גבוהה IceCube-170922A. מדע. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. פליטת ניטרינו מכיוון הבלייזר TXS 0506+056 לפני התראת IceCube-170922A. מדע. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
