סיקור מקיף

שיתוף פעולה בין גלאי הנייטרינו לטלסקופ חלל הביא לראשונה לזיהוי מקור המייצר קרינה קוסמית

המקור הוא חור שחור פעיל במרכזה של גלקסיה במרחק 3.7 מיליארד שנות אור * פרופ' דפנה גואטה מהמחלקה לפיזיקה במכללה האקדמית להנדסה בראודה, המשתתפת בפרויקט אומרת כי התגלית פתרה שאלה בתחום האסטרופיזיקה שהיתה עד היום פתוחה

אלפי גלאים בעומק הקרח בקוטב הדרומי מגלים חלקיקי נייטרינו החולפים דרך כדור הארץ. בחלק העליון של התמונה - המבנה המרכזי של הגלאי. המחשה: IceCube/NSF
אלפי גלאים בעומק הקרח בקוטב הדרומי מגלים חלקיקי נייטרינו החולפים דרך כדור הארץ. בחלק העליון של התמונה – המבנה המרכזי של הגלאי. המחשה: IceCube/NSF

נייטרינו, חלקיקי הרפאים שבקושי מקיימים מגע עם חומר רגיל, נצפו בעבר כמגיעים מסופרנובות (כוכבים מתפוצצים) ומהשמש. כעת גילה הגלאי הענק IceCube בקוטב הדרומי כי גם בלזארים, גלקסיות שבמרכזן חור שחור מאסיבי מייצר חלקיקי נייטרינו בעוצמה חזקה פי מיליונים מזו של סופרנובות וכוכבים.

לפני כ-3.7 מיליארד שנה, כאשר כדור הארץ היה עדיין בחיתוליו, התפרצה קרינה מחור שחור מאסיבי פי מיליארד מהשמש בסילון שעשה את דרכו ופגש את כדור הארץ ב-22 בספטמבר 2017.

זו הפעם הראשונה שבה מתגלה מקור של נייטרינו מזה למעלה מ-30 שנה. יתרה מכך, זו הפעם הראשונה שמדענים הצליחו לצפות בחלקיקי נייטרינו עלי אנרגיה גבוהה כשהם מקושרים לאירוע אסטרופיזי ספציפי. התצפית שפורסמה בכתב העת Nature בשבוע שעבר.

חלקיקי נייטרינו (מאיטלקית: "נייטרון קטן") הם חלקיקים אלמנטריים, ללא מטען חשמלי ובעלי מסה מזערית הנעים במהירות קרובה מאוד למהירות האור ויכולים בדרך כלל לעבור דרך חומר רגיל ללא הפרעה. תכונה זו מאפשרת לאסטרונומים ואסטרופיזיקאים לקבל מידע ממקומות שאינם ניתנים למדידה ישירה בכלים אחרים. מאידך גיסא, תכונה זו של הנייטרינים מקשה מאוד על גילויים ולכן הם מכונים גם "חלקיקי רפאים". ואכן, כאמור, עד לאחרונה לא זוהה מעולם מקורם של הנייטרינים.
חלקיק נייטרינו אחד כזה המכונה IceCube-170922A, שהתגלה כאמור ב-22 בספטמבר 2017 במעבה הקרח באנטארקטיקה, שלח את חוקרי IceCube, ביניהם פרופ' דפנה גואטה מהמחלקה לפיזיקה במכללה האקדמית להנדסה ברואדה, לחיפוש קדחתני אחר מוצאו ביקום. התשובה נמצאה על ידי טלסקופ החלל של נאסא "פרמי" (NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope), שזיהה קרינת גמא מאותו המקור שממנו הגיע הנייטרינו – חור שחור על-מסיבי מסוג בלאזר שסילון הקרינה שלו מופנה לכיוון כדור הארץ במרחק 3.7 מיליארד שנות אור מכדור הארץ במרכזה של גלקסיה פעילה.

פרויקט IceCube הוקם בנקודה המדוייקת של הקוטב הדרומי כדי לעקוב אחר פעילות הנייטרינים ומורכב מקמ"ר רבוע של גלאים אופטיים מתוחכמים הנמצאים בעומק ק"מ במעטה הקרח של אנטרקטיקה. כבר ב-2013 זיהו הגלאים של IceCube לראשונה חלקיקי נייטרינו קוסמיים באנרגיות גבוהות והתראה נשלחה למצפים ברחבי העולם במטרה לזהות את מקור השטף שפוגע בכדור הארץ, אך ללא הצלחה. כעת, משנתגלה מקורו של IceCube-170922A, בוצע ניתוח חוזר של מסלולי הנייטרינים שהתגלו ב-2013 ונמצא שגם מקורם באותו מאיץ חלקיקים קוסמי, הנמצא בלב גלקסיה רחוקה.

לפרופ' גואטה היתה בעבר משרה קבועה באוניברסיטת רומא. ב-2011 היא עברה לארץ מסיבות משפחתיות, והתקבלה למכללה האקדמית בראודה.
"מתחילת הקריירה שלי אני חוקרת את חלקיקי הנייטרינו בעלי אנרגיות גבוהות. התחלתי את המחקר עם פרו'פ אלי וקסמן ממכון ויצמן ואז המשכתי לבד, ומדי פעם גם חוקרת יחד איתו ועם פרופ' אהוד בכר מהטכניון אך כיום רוב המחקרים שלה נעשים בשיתוף עם חוקרי פרויקט IceCube".

פרופ דפנה גואטה. צילום: יח"צ המכללה האקדמית אורט בראודה
פרופ דפנה גואטה. צילום: יח"צ המכללה האקדמית אורט בראודה

"העוצמה של הנייטרינו גבוהה פי מיליון מעוצמתו של מאיץ החלקיקים העוצמתי ביותר בעולם. תארו לכם מה אפשר לעשות אם נצליח לגלות כיצד הטבע מייצר אנרגיה כזו". מסבירה פרופ' גואטה.
"חלקיקי הנייטרינו הם בעלי אנרגיות גבוהות מאוד של טריליוני אלקטרון וולט, הגבוהות באלפי עד מיליוני מונים מאלו של אירוע הסופרנובה, של התגובות הגרעיניות בשמש או של מאיצי החלקיקים העוצמתיים ביותר בכדור הארץ. "במשך למעלה ממאה שנה מאז התגלתה הקרינה הקוסמית ניסו חוקרים לגלות את מקורה ללא הצלחה, לשם כך הקימו את פרויייקט IceCube. לאחר התגלית אנו יודעים על מקור אחד של נייטרינו, דבר המצביע גם על הימצאות של פרוטונים באותו מקור וזו אינדיקציה שיש שם חומר עם מסה – משהו פיזי, לא רק שדה מגנטי ואלקטרונים.

"אנחנו יודעים שקיימת קרינה קוסמית באנרגיות גבוהות. במשך שנים נערכו ניסויים לאתר את מקור הקרינה הקוסמית אך הם נכשלו באיתור המקורות. הקרינה הקוסמית מורכבת מפרוטונים בעלי מטען. כי יש להם מטען אנחנו מאבדים את הכיוון כי דות מגנטיים וכי יש להם מסה הם לפעמים לא מגיעים עד אלינו.
לחלקיקי נייטרינו לעומת זאת אין מסה ואין מטען ולכן אפשר לשחזר את מקורם ולהבין גם את התהליכים שגרמו להתפרצות. עד היום היתה מחלוקת בשאלה האם הם מתפזרים באופן שווה לכל הכיוונים או שמא הם מרוכזים בסילון שבמקרה פונה לעברינו. מאז גילוי שטף נייטרינו באנרגיות גבוהות בשנת 2013 מנסים הנסיינים לאתר אירועים שבהם נרשמים גם חלקיקי נייטרינו אנרגטים וגם קרני גאמא וזה מה שקרה הפעם. גם טלסקופ החלל פרמי המאתר התפרצויות קרני גאמא, וגם IceCube איתרו את המקור.

בלאזר יורה סילון חלקיקי קרינה קוסמית ונייטרינו לעבר כדור הארץ ונקלט במתקן IceCube בקוטב הדרומי. איור IceCube/NASA
בלאזר יורה סילון חלקיקי קרינה קוסמית ונייטרינו לעבר כדור הארץ ונקלט במתקן IceCube בקוטב הדרומי. איור IceCube/NASA

שאלה פתוחה באסטרופיזיקה

פרופ' גואטה מסבירה כי מקור הקרינה הוא גרעין פעיל של גלקסיה, כלומר שהחור השחור זולל חומר מסביבתו, חלקו נכנס לתוך החור השחור ונבלע בתוכו אבל חלק מהחומר יוצא כסילון של קרינה שאנו רואים אותה גם בתחום הגאמא וגם כנייטרינו.

"עד היום לא ידענו ממה עשוי הסילון. לאסטרופיזיקאים היו תיאוריות רבות בנושא. יש כאלה שאומרים שהסילון עשוי רק משדה מגנטי ואלקטרונים ואחרים, ובהם אני, טענו שהסילון חייב להיות מורכב מחומר בריוני (חומר רגיל א.ב.). נייטרינו הם תוצרי לוואי של פרוטונים, ולכן מה שנפלט מהגלקסיה הרחוקה והגיע אלינו מקורו באנרגיה קינטית, ולא רק קרינה אלקטרומגנטית."

"מדובר בעידן חדש באסטרונומיה, התגלית מעניקה ממד חדש לחקר היקום" אומרת פרופ' גואטה. "גילוי של מקורות נוספים של נייטרינים יאפשר למעשה יצירת מפה של מאיצי קרינה קוסמית ומחקר מתקדם על פעילותם ולכן תגלית זו היא כה חשובה למדע. מדובר בעידן חדש באסטרונומיה. התגלית מעניקה ממד חדש לחקר היקום", מסכמת פרופ' גואטה.

ידיעה על הגילוי באתר The Conversation

חלון חדש ליקום The Conversation

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

8 תגובות

  1. ל א.בן נר
    אתה צודק מסה באמת שווה לאנרגיה , אבל… לא ייתכן שבצד אחד של המאמר כתוב שיש לנטרינו מסה, ובצד השני של המאמר שאין מסה. על הסתירה הזאת הגבתי וכתבתי שיש מסה לנטרינו (או אם תרצה אנרגיה)
    יום טוב לכולם
    יהודה

  2. לסבדרמיש, דוק והרצל
    הדיון שלכם במסת הניטרינו הנו אנאכרוניסטי ובלתי נחוץ.
    הרי בפיסיקה של החלקיקים המסה והאנרגיה הנם שני אופני הצגה של אותה מהות פיסיקאלית, והן נמדדות בד"כ באותן יחידות, אלקטרון-וולט (ev), הניתנות לביטוי גם ביחידות של מסה (kg, gr וכו') לפי נוסחת איינשטיין הידועה E=mC^2.
    ההתייחסות אל מסה כמושג פיסיקלי שונה מהאנרגיה, שייכת לפיסיקה הקלאסית, שבה כידוע הניטרינו אינו קיים.
    לשם המחשה: eV 1.0 = 1.782661907*10^-36 kg
    (הנתון לקוח מויקיפדיה).

  3. למען הדיוק קיים הפרי מסות בין שני ניוטרינו השלישי עדיין לא ידוע.

  4. יהודה צודק. רק שהמסה כל כך קטנה שהנייטרינו הגיע קרוב להגעת קרני הרנטגן, שלהם אכן אין מסה, כך שהצליחו לקשר את הנייטרינו וקרני הרנטגן לאותו מקור. אם לנייטרינו היתה מסה יותר גדולה, הוא היה מגיע לאחר זמן רב, וייתכן שהמקור הבלזאר כבר היה נרגע ואי אפשר היה לקשר.

  5. סבדרמיש יהודה,
    גם לי זה גרם לתהות מדוע מצד אחד רשום מסה מזערית, ומצד שני ללא מסה.
    יש לערוך את הכתבה.

  6. האם יש דרך ליצור מעטפת אנרגיה אלקטרומגנטית שדוכעה את כוח הכבידה של החור השחור

  7. מה אכפת לכם מה יש ביקום גם כך אין לכם שליטה על עניינים אלה. תעזבו את היקום ותשקיעו את כל המשאבים בעולם לטובת בני האדם ולטובת כדור הארץ. תדאגו של בני האדם יהיה אוכל ותרופות ומקום מגורים לחינוך ובילוי מהנה וטכנולוגיה בסיסית להסתייע בה. חבל על כל הכספים והמשאבים שאתם מוציאים על חקר היקום. כל בני האדם רוצים לחיות בנחת ובהנאה ולא יעזור להם מה יש ומה אין ביקום. אין צורך כל הזמן לחתור לטכנולוגיה מתקדמת מספיקה טכנולוגיה בסיסית שמסייעת לבני אדם.

  8. במקום אחד במאמר ניכתב שלחלקיק הנטרינו יש מסה ובמקום אחר שאין מסה אז זהו שלנטרינו יש מסה. ב-2015 שני חוקרים, טקאקי קג'יטה היפני וארתור מקדונלד הקנדי, זכו בפרס נובל לפיזיקה על הוכחה לכך שלנטרינו יש מסה.

    יום טוב
    סבדרמיש יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן