أقدم ضوء في الكون
عندما ينهار نجم ضخم إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود، فإنه يطلق انفجاراً من النيوترينو شديد جداً بحيث يمكن لانفجار مستعر أعظم في مجرة بعيدة أن ينقل إشارات قابلة للكشف عبر مليارات السنوات الضوئية من الفضاء. كان كشف النيوترينو من مستعر أعظم في عام 1987 في سحابة ماجلان الكبرى — مجرة مجاورة تبعد حوالي 168000 سنة ضوئية — لحظة فاصلة في علم الفلك، حيث فتح نافذة رصد جديدة على أحد أعنف الأحداث في الكون.
لكن المستعرات العظمى القريبة الفردية نادرة. حدثت الغالبية العظمى من الوفيات النجمية على مسافات كونية، على مدار تاريخ الكون البالغ 13.8 مليار سنة. انفجاراتهم النيوترينية الفردية، المدمجة على مدى الزمن والفضاء الكونيين، أنتجت خلفية من النيوترينو البدائي التي تخترق الكون — ضعيفة، قادمة من جميع الاتجاهات، وحاملة للمعلومات حول التاريخ الكامل للموت النجمي من أبكر العصور لتكوين الهياكل إلى يومنا هذا.
تم التنبؤ بهذا إشعاع الخلفية للمستعر الأعظم المنتشر نظرياً منذ عقود. الكشف عنه هو الهدف الكبير التالي في علم الفلك النيوترينو، وجيل جديد من كاشفات تحت الأرض العميقة في نطاق تحقيقه.
التحدي التقني
الكشف عن إشعاع الخلفية للمستعر الأعظم المنتشر صعب للغاية. النيوترينو المعنية منخفضة الطاقة — في نطاق بضع عشرات من MeV — وتصل بمعدل ربما بضعة أحداث في السنة لكل ألف طن متري من مادة الكاشف. يتطلب فصل هذه الإشارات الفلكية الحقيقية عن الخلفيات التي أنشأتها النيوترينو من المفاعلات والنيوترينو الجوي والاضمحلال الإشعاعي داخل الكاشف كاشفات ضخمة بنقاء استثنائي، تعمل عميقاً تحت الأرض للحماية من خلفيات الأشعة الكونية.
كان كاشف Super-Kamiokande في اليابان الرائد العالمي في هذا البحث. أدت التحسينات الأخيرة التي تتضمن الجادولينيوم في حجم الماء للكاشف — مما يحسن بشكل كبير القدرة على تحديد النيوترونات الناتجة عن أحداث الاضمحلال بيتا العكسي — إلى إحضار الكاشف ضمن نطاق الحساسية الكافية لملاحظة الإشارة. أظهرت البيانات الأولية من الكاشف المحسّن تلميحات مغرية متسقة مع الإشارة المتوقعة، وإن لم تكن بعد بأهمية إحصائية كافية لمطالبة كشف نهائية.
ما سيكشفه الكشف
سيؤدي الكشف الواثق عن إشعاع الخلفية للمستعر الأعظم المنتشر إلى عدة قياسات فيزيائية مهمة. تحد الشدة الإجمالية للإشارة من إجمالي معدل المستعر الأعظم الكوني — كم عدد الوفيات النجمية التي حدثت لكل وحدة حجم عبر التاريخ الكوني. يوفر الطيف الطاقي للنيوترينو المكتشفة معلومات حول الخصائص المتوسطة لانهيارات النجوم التي أنتجتها: متوسط كتلة الأصل، ومتوسط ديناميات الانهيار، وجزء الانهيارات التي تنتج ثقوباً سوداء مقابل نجوم نيوترون.
تتعلق هذه القياسات بأسئلة أساسية في فيزياء النجوم والكونيات وأصل العناصر. المستعرات العظمى هي المصدر الأساسي لمعظم العناصر الثقيلة في الكون — الحديد والنيكل والمجموعة الكاملة من العناصر المركبة في تخليق النويدات النجمية والمنتشرة في انفجارات المستعرات العظمى. يؤدي فهم معدل وخصائص المستعرات العظمى السابقة إلى تقييد نماذج تطور الكيمياء المجرية وفي النهاية التاريخ الكوني للظروف التي جعلت أنظمة كوكبية مثل نظامنا ممكنة.
الجيل التالي من الكاشفات
خليفة Super-Kamiokande، Hyper-Kamiokande — كاشف أكبر بعشرين مرة قيد الإنشاء حالياً في نفس المنجم الياباني — سيكون حساساً بما يكفي للكشف عالي الثقة في غضون سنوات من بدء التشغيل. سيقوم Deep Underground Neutrino Experiment في الولايات المتحدة، باستخدام تقنية الأرجون السائل، بتكملة الكاشفات القائمة على الماء بخصائص حساسية مختلفة، خاصة بالنسبة للجزء منخفض الطاقة من الطيف.
معاً، تمثل هذه الأجهزة تغييراً حقيقياً في قدرة علم الفلك النيوترينو. إذا تم الكشف عن إشعاع الخلفية للمستعر الأعظم المنتشر كما هو متوقع، فستكون أول قياس مباشر للتاريخ المتكامل لموت النجوم الضخمة عبر الزمن الكوني — تعداد كوني لعنف النجوم يمتد إلى حقب سابقة بكثير لـ Earth، الآن مرئي من خلال الأجهزة المدفونة تحت الجبال للاستماع إلى أهدأ أصدائها من أعنف أحداث الكون.
تستند هذه المقالة إلى تقارير Space.com. اقرأ المقالة الأصلية.
