אירוע נייטרינו באנרגיה של כ־750 טרה־אלקטרון־וולט הוביל אסטרונומים לגלקסיה עתירת אבק הנראית כפי שהייתה לפני כ־11 מיליארד שנה. תצפיות ALMA, שהוגדלו באמצעות עידוש כבידתי, מצביעות על יצירת כוכבים עזה כמקור אפשרי לחלקיקים – ללא חתימה ברורה של חור שחור על־מסיבי פעיל
נייטרינו הם מן החלקיקים החמקמקים ביותר המגיעים לכדור הארץ מן החלל. הם כמעט שאינם מגיבים עם חומר, ולכן רובם חולפים דרך כוכבים, כוכבי לכת וגלאים בלי להשאיר עקבות. דווקא התכונה הזאת הופכת אותם לשליחים חשובים מן היקום: הם יכולים להימלט מאזורים צפופים מאוד ולשאת מידע על מקומות שבהם חלקיקים מואצים לאנרגיות קיצוניות.
אלא שאיתורו של נייטרינו אינו חושף מיד את מקורו. הגלאי מסוגל להעריך את הכיוון שממנו הגיע החלקיק, אך אזור החיפוש בשמים עדיין גדול, ולעיתים יש בתוכו מקורות אפשריים רבים. לכן כל אירוע מחייב תצפיות המשך במגוון אורכי גל.
כעת מציע צוות בינלאומי של אסטרונומים מועמד מפתיע למקורו של אירוע הנייטרינו עתיר האנרגיה IC 210922A: גלקסיה רחוקה, עתירת אבק ובעלת יצירת כוכבים עזה, המכונה "מפציצת הצללים" (Shadow Blaster). בניגוד לרבים מן המקורות שנקשרו בעבר לנייטרינו, לא נמצאה בה חתימה ברורה של גרעין גלקטי פעיל הנשלט בידי חור שחור על־מסיבי.
אירוע באנרגיה של כ־750 טרה־אלקטרון־וולט
מצפה הנייטרינו IceCube, הפועל בתוך הקרח בקוטב הדרומי, זיהה את IC 210922A ב־22 בספטמבר 2021. האנרגיה המוערכת של החלקיק הייתה כ־750 טרה־אלקטרון־וולט – עשרות מיליוני מונים יותר מן האנרגיות של הנייטרינו שנמדדו מסופרנובה 1987A.
בעקבות ההתרעה חיפשו חוקרים מקור אלקטרומגנטי אפשרי בכיוון שממנו הגיע החלקיק. תצפיות רדיו ותת־מילימטר באמצעות טלסקופ ג'יימס קלרק מקסוול, מערך SMA ובהמשך ALMA חשפו מקור בהיר במיוחד בשם JCMT0402−0424. תצפיות נוספות, ובהן נתוני מצפה Swift של נאס"א, סייעו לשלול מקורות בולטים אחרים של קרינת X בתחום החיפוש.
הגלקסיה נמצאת בהיסט לאדום 2.988, כלומר אנחנו רואים אותה כפי שנראתה לפני כ־11 מיליארד שנה, בתקופה המכונה "צהרי היקום" – העידן שבו קצב יצירת הכוכבים הקוסמי היה בשיאו. היא נמצאת בתוך תחום ההסתברות של אירוע IceCube, והחוקרים מעריכים שהסיכוי לחפיפה מקרית עם מקור תת־מילימטרי קיצוני כזה קטן מכ־1%. משום כך הם מציגים אותה כמועמדת האלקטרומגנטית הסבירה ביותר לאירוע, אך עדיין לא כהוכחה מוחלטת.
גלקסיה החבויה מאחורי אבק
JCMT0402−0424 כמעט שאינה נראית באור נראה, משום שכמויות גדולות של אבק מסתירות את הכוכבים הצעירים שבתוכה. לעומת זאת, האבק המחומם פולט בעוצמה באורכי גל תת־מילימטריים, שבהם ALMA מצטיין. האופי הנסתר והפעילות האנרגטית העניקו לה את הכינוי "מפציצת הצללים".
בהירותה הרבה העלתה בתחילה את האפשרות שחור שחור על־מסיבי פעיל מספק את רוב האנרגיה. גרעינים גלקטיים פעילים ואירועים שבהם חור שחור קורע כוכב כבר נקשרו בעבר למועמדים למקורות נייטרינו. ואולם במקרה הזה לא התגלתה פליטת קרני X או גמא חזקה האופיינית למקור הנשלט בידי חור שחור פעיל או לאירוע חולף עתיר אנרגיה.
עדשת כבידה יצרה ארבע תמונות
החוקרים הצליחו לבחון את הגלקסיה בפירוט בזכות גלקסיה אליפטית הנמצאת לפניה לאורך קו הראייה. המסה של הגלקסיה הקדמית מעקמת את המרחב־זמן, מסיטה ומגבירה את הקרינה המגיעה מן הגלקסיה הרחוקה. תופעה זו, המכונה עידוש כבידתי, פעלה כטלסקופ טבעי.
בתמונות ALMA נראית "מפציצת הצללים" כקשת וכארבע תמונות מעוותות. החוקרים בנו מודל של העדשה בעזרת תצפיות אופטיות ותת־אדומות מטלסקופי סובארו וג'מיני, וכך שחזרו את המבנה הפנימי של הגלקסיה והעריכו את הממדים האמיתיים של אזורי הפליטה.
ליבה צפופה ללא חתימה ברורה של חור שחור פעיל
ניתוח פליטות הפחמן החד־חמצני, המשמשות למעקב אחר גז מולקולרי, לא הראה חתימה ברורה של גז המחומם בעיקר בידי גרעין גלקטי פעיל. במקום זאת, התפלגות האנרגיה מתאימה יותר לחימום הנגרם מיצירת כוכבים אינטנסיבית.
בלב הגלקסיה התגלתה ליבה קומפקטית שבה מרוכזות כמויות גדולות של גז ואבק בתוך אזור שקוטרו כ־1,500 שנות אור בלבד. לשם השוואה, קוטר שביל החלב הוא בערך 100 אלף שנות אור. הצפיפות הגבוהה פירושה שקרניים קוסמיות המואצות באזור עשויות להתנגש שוב ושוב בגז לפני שהן מצליחות להימלט.
כיצד יצירת כוכבים יכולה להפיק נייטרינו?
באזורי יצירת כוכבים עזה מתרחשות סופרנובות רבות ונוצרות רוחות חזקות מכוכבים צעירים ומסיביים. תהליכים אלה יכולים להאיץ פרוטונים וגרעיני אטומים לאנרגיות גבוהות. כאשר חלקיקים כאלה מתנגשים בגז צפוף, נוצרים חלקיקים בלתי יציבים, ובהם פיונים, שמתפרקים בין השאר לנייטרינו.
בגלקסיה קומפקטית ועתירת גז, החלקיקים המואצים עלולים להילכד זמן רב יותר ולבצע התנגשויות רבות. משום כך היא עשויה לפעול כ"קלורימטר" לקרניים קוסמיות: חלק ניכר מאנרגיית החלקיקים הופך לתוצרים משניים לפני שהם בורחים מן הגלקסיה.
עם זאת, החוקרים אינם טוענים שגלקסיה יחידה מפיקה שטף גדול של נייטרינו שניתן לזהותו בקלות. החיבור ל־IC 210922A מבוסס על צירוף של מיקום, מאפייני הגלקסיה, העדר מועמדים משכנעים אחרים וההסתברות הנמוכה לחפיפה מקרית.
עד כ־20% מרקע הנייטרינו
המשמעות הרחבה יותר נוגעת לאוכלוסייה שלמה של גלקסיות קומפקטיות, עתירות אבק ובעלות התפרצויות יצירת כוכבים בצהרי היקום. גלקסיות כאלה היו נפוצות יותר בתקופה שבה היקום יצר כוכבים בקצב הגבוה ביותר.
לפי חישובי החוקרים, אוכלוסייה זו עשויה לתרום חלק שאינו זניח מרקע הנייטרינו עתירי האנרגיה המפוזר בשמים – ואולי עד כ־20%. זה אינו אומר שכל נייטרינו חמישי מגיע בהכרח מגלקסיה מסוג זה, אלא שהתרומה המצטברת של האוכלוסייה עשויה להגיע לסדר גודל כזה במסגרת ההנחות של המודל.
מקורות אחרים עדיין נחוצים כדי להסביר את מלוא השטף, ובהם גרעינים גלקטיים פעילים, בלאזרים, אירועי קריעת כוכבים ומאיצי חלקיקים נוספים שטרם זוהו. התוצאה החדשה מרחיבה את רשימת המועמדים ומעבירה חלק מן הדגש מחורים שחורים פעילים אל אזורי יצירת כוכבים צפופים ומוסתרים.
צעד באסטרונומיה רב־שליחית למרחקים קוסמולוגיים
המחקר ממחיש את כוחה של אסטרונומיה רב־שליחית, המשלבת חלקיקים, קרינה אלקטרומגנטית ולעיתים גם גלי כבידה. IceCube סיפק את התרעת הנייטרינו, טלסקופים בתת־מילימטר איתרו את המקור המאובק, Swift בדק פליטת קרני X, וטלסקופי סובארו וג'מיני סייעו למפות את העדשה הכבידתית.
השילוב אפשר לחוקרים לבחון מועמד לנייטרינו ממרחק קוסמולוגי – לא רק מן היקום הקרוב. אם תצפיות עתידיות ימצאו אירועים נוספים הקשורים לגלקסיות דומות, יהיה אפשר לבחון באופן ישיר יותר את הקשר בין שיא יצירת הכוכבים ביקום, האצת הקרניים הקוסמיות ורקע הנייטרינו עתירי האנרגיה.
שאלות ותשובות
מהי "מפציצת הצללים"?
זהו הכינוי שניתן לגלקסיה JCMT0402−0424, גלקסיה רחוקה ועתירת אבק שבה מתרחשת יצירת כוכבים אינטנסיבית. האבק מסתיר אותה באור נראה, אך היא בהירה באורכי גל תת־מילימטריים.
האם הוכח שהגלקסיה היא מקור הנייטרינו?
לא באופן מוחלט. היא המועמדת האלקטרומגנטית הסבירה ביותר בתוך אזור האיתור של IC 210922A, בין השאר בשל ההתאמה במיקום, הצפיפות החריגה והסיכוי הנמוך לחפיפה מקרית. נדרשים אירועים נוספים כדי לבסס קשר של אוכלוסייה.
מדוע לא נמצא חור שחור פעיל?
לא התגלתה פליטת קרני X או גמא חזקה האופיינית למקור הנשלט בידי גרעין גלקטי פעיל, וניתוח הגז המולקולרי מצביע על חימום הנשלט ככל הנראה בידי יצירת כוכבים.
מה תרם העידוש הכבידתי?
הכבידה של גלקסיה קדמית הגדילה ועיוותה את הקרינה מן הגלקסיה הרחוקה. כך התקבלו ארבע תמונות מוגדלות שאפשרו ל־ALMA לחקור את המבנה הפנימי של המקור.
כיצד גלקסיה יוצרת כוכבים יכולה לייצר נייטרינו?
סופרנובות ורוחות כוכבים עשויות להאיץ קרניים קוסמיות. כאשר החלקיקים המואצים מתנגשים בגז צפוף, נוצרים חלקיקים בלתי יציבים שמתפרקים בין השאר לנייטרינו.
האם גלקסיות כאלה מסבירות את כל הנייטרינו הקוסמיים?
לא. לפי המחקר, אוכלוסייה של גלקסיות קומפקטיות ועתירות אבק עשויה לתרום עד כ־20% מרקע הנייטרינו עתירי האנרגיה, ולכן עדיין דרושים מקורות נוספים.
המאמר המדעי והפרסום המקורי
למאמר המדעי: Compact dusty starbursts at cosmic noon linked to high-energy neutrinos https://doi.org/10.1038/s41550-026-02884-9
לפרסום המקורי של ALMA: Gravitational Lensing Reveals a Connection Between Intense Star Formation 11 Billion Years Ago and High-Energy Neutrinos https://alma-telescope.jp/en/news/press/mmessenger-202606.html
עוד בנושא באתר הידען
- שיתוף פעולה בין גלאי הנייטרינו לטלסקופ חלל הביא לראשונה לזיהוי מקור המייצר קרינה קוסמית
- מפת דרכים לנייטרינו בשביל החלב עשויה לכוון את הציד אחר מקורות גלקטיים
- המקור של הנייטרינו הכי אנרגטי שהתגלה אי פעם עשוי להיות מפתיע
- נייטרינו בעל האנרגיה הגבוהה ביותר עד כה התגלה במתקן תת־ימי בים התיכון
- גלקסיה פעוטה ביקום המוקדם התגלתה בעזרת "טלסקופ קוסמי"
