شبکه‌ی رصدخانه‌ی پیام‌رسان چندگانه‌ی اخترفیزیکی

0 0 0 0

توسط آزاده کیوانی , 14 سپتامبر 2014

ذرات پیام‌رسان از هر چهار نیروی بنیادی طبیعت با خود اطلاعاتی به زمین می‌آورند که به ما کمک می‌کنند تا آشوبناک‌ترین پدیده‌های هستی را مطالعه کنیم. این پیام‌رسان‌ها می‌توانند نوترینوهایی باشند که در رصدخانه‌ی IceCube و یا ANTARES آشکار می‌شوند؛ یا پرتوهای کیهانی‌ای باشند که در رصدخانه‌ی Pierre Auger مشاهده می‌شوند؛ یا امواج گرانشی که در رصدخانه‌های LIGO و Virgo به دنبال آشکارشان هستیم؛ و یا پرتوهای گامایی که در رصدخانه‌های زمینی و فضایی Swift، Fermi، Hess، VERITAS، MAGIC، و HAWC آشکار می‌شوند.

مجموعه‌ی این رصدها به ما کمک خواهند کرد که برخی از سؤالات بنیادی اخترفیزیک را پاسخ دهیم؛ از جمله، منبع پرتوهای کیهانی پرانرژی و تشکیل و تحول سیاهچاله‌ها. «شبکه‌ی رصدخانه‌ی پیام‌رسان چندگانه‌ی اخترفیزیکی^۱» به هدف بررسی هم‌زمان این پیام‌رسان‌ها و اتصال رصدخانه‌های مذکور با استفاده از یک سیستم مجازی شکل گرفته است. به این شبکه، پیام‌رسان چندگانه گفته می‌شود، چرا که پیام‌رسان‌های مختلف (پرتوهای کیهانی، نوترینوها، امواج گرانشی و پرتو گاما) به طور هم‌زمان می‌توانند اطلاع‌رسانی کنند. این پروژه به اختصار AMON نام دارد و قادر است به طور تقریبا هم‌زمان، سیگنال‌های رسیده از هر رصدخانه‌ای را بررسی کرده و اطلاعات لازم را به رصدگران برساند. من و همکارانم در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا در حال توسعه‌ی نرم‌افزار و ابزار لازم برای رصدخانه‌ی مجازی AMON هستیم.

از آن‌جایی که برخی از رصدخانه‌ها به تنهایی دقت لازم برای کشف منابع اخترفیزیکی ذرات بنیادی رصدشده (یا همان پیام‌رسان‌ها) را ندارند، پروژه‌ی AMON با بررسی هم‌زمان چندین پیام‌رسان (آشکارشده در رصدخانه‌های مختلف) دقت آشکارسازی را با روش‌های آماری مختلف بالا خواهد برد و پتانسیل کشف منابع اخترفیزیکی مهمی را خواهد داشت.

شکل ۱: تصویر خیالی از یک انفجار پرتو گاما که می‌تواند تصویر یک سیاهچاله به همراه جت پرانرژی آن باشد.
Credit: NASA/Swift/Cruz deWilde

یکی از آشوبناک‌ترین پدیده‌های شناخته‌ی شده‌ی عالم، انفجارهای پرتو گاما^۲ هستند که جزو منابع تولید پیام‌رسان‌های چندگانه به شمار می‌روند. این انفجارها گاه تا چندین دقیقه، درخشندگی بسیار زیاد قابل مشاهده‌ای دارند. به احتمال زیاد این انفجارهای پرتو گامای طولانی هنگامی رخ می‌دهند که یک ستاره‌ی بسیار پرجرم (بیشتر از ۲۵ برابر جرم خورشید) فروپاشیده می‌شود و در نهایت تشکیل یک سیاهچاله می‌دهد. تشکیل سیاهچاله‌ای با تکانه‌ی زاویه‌ای زیاد، منجر به چرخش مواد به دور سیاهچاله در یک قرص برافزایشی می‌شود و یک جت پرانرژی تولید می‌کند (شکل ۱). سرعت خروج مواد و ذرات از این جت بسیار نزدیک به سرعت نور است و پرتو گامای پرانرژی ساطع می‌کند. این انفجارها می‌توانند سیگنال‌های امواج گرانشی نیز ساطع کنند که در زمین قابل آشکارسازی باشند. هم‌چنین ذرات پرانرژی هم‌چون الکترون یا پروتون نیز می‌توانند در این فرآیندها تولید شوند و طی واکنش‌هایی نوترینو آزاد کنند. در نتیجه، محاسبات نظری نشان می‌دهند که انفجارهای پرتو گاما یکی از منابع چندگانه‌ی تولید پیام‌رسان‌ها هستند.

کاندیداهای دیگر تولید ذرات پیام‌رسان، ابرنواخترهای تولیدشده توسط فروپاشی هسته‌ای، بلازارها^۳، سیاهچاله‌های اولیه و چند پدیده‌ی آشوبناک دیگرند.

شبیه‌سازی‌های مختلفی برای نشان دادن قابلیت و توان AMON بر اساس مدل‌های نظری پدیده‌های پیام‌رسان چندگانه، انجام شده است و بر اساس آن حساسیت رصدخانه‌های مختلف به دقت بررسی و مقایسه شده‌اند. در حال حاضر در راستای توسعه‌ی ساختار AMON، در حال بررسی آنالیزهای مختلفی هستیم. یکی از مطالعاتی که هم‌اکنون من و همکارانم در حال انجام آن هستیم، آنالیز هم‌زمان نوترینوهای پرانرژی رصدخانه‌ی IceCube و داده‌های پرتو گاما از دو رصدخانه‌ی Swift و Fermi است. در این مطالعه، به دنبال یافتن نوترینوهایی هستیم که هم‌زمان و از محلی یکسان به همراه پرتوهای گاما به ما رسیده و آشکار شده‌اند. این بررسی‌ها در مرحله‌ی مقدماتی خود هستند و امیدواریم که نتایج اولیه را تا پایان سال ۲۰۱۴ به‌دست آوریم.