کشف یک ابرنواختر نوع ۲ از طریق بررسی یک نوترینو

کشف یک ابرنواختر نوع ۲ از طریق بررسی یک نوترینو

رصدخانه‌ی نوترینوی‌ IceCube (مقاله‌های قبلی درباره‌ی این رصدخانه را این‌جا و این‌جا ببینید) پس از آشکارسازی نوترینوها، آن‌ها را به طور مفصل بررسی می‌کند که این بررسی‌های باجزییات و دقیق گاهی تا سال‌ها بر روی داده‌های دوران خاصی ادامه پیدا می‌کنند. اما به جز این مطالعات زمان‌بر، از روش‌های مفید دیگری نیز برای بازسازی نوترینوها و یافتن اطلاعات اولیه‌ی آن‌ها پس از آشکارشدن استفاده می‌شود که تنها حدود ۲-۳ دقیقه طول می‌کشند و اطلاعات اولیه‌ی لازم درباره‌ی ذرات را به دست می‌دهند. از آن‌جایی که این بررسی‌های سریع یا به اصطلاح «در زمان واقعی» توان کامپیوتری بالایی می‌طلبند، این بررسی‌ها تنها روی دسته‌ای از نوترینوها انجام می‌شوند. قبل از این‌که به روش‌های انتخاب نوترینوها بپردازیم، بهتر است ببینیم چرا به انجام سریع این بررسی‌های اولیه نیازمندیدم.

شکل ۱: نقشه‌ی آسمان که محل دو نوترینوی رصدشده و متوسط جهت آن‌ها را به ترتیب با رنگ‌های مشکی، سبز، و آبی نشان می‌دهد. نقطه‌ی قرمز محل ابرنواختر و مربع مشبک، زاویه دید PTF را نشان می‌دهند.

شکل ۱: نقشه‌ی آسمان که محل دو نوترینوی رصدشده و متوسط جهت آن‌ها را به ترتیب با رنگ‌های مشکی، سبز، و آبی نشان می‌دهد. نقطه‌ی قرمز محل ابرنواختر و مربع مشبک، زاویه دید PTF را نشان می‌دهند.

یکی از انگیز‌ه‌های اصلی آشکارسازی نوترینوها، کشف منابع اخترفیزیکی گذرا در عالم است. این منابع مانند انفجارهای پرتو گاما و یا انفجارهای ابرنواختری می‌توانند جت‌هایی از ذرات تولید کنند که طی واکنش‌های مختلفی که ذرات پرتوهای کیهانی در آن‌ها انجام می‌دهند، نوترینوها تولید شوند. همان‌طور که در مقالات قبلی مربوط به نوترینوها گفتیم، این ذرات به دلیل خنثی‌ بودن از لحاظ الکتریکی، تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار نمی‌گیرند و مستقیما به زمین می‌آیند و در رصدخانه‌ی ما آشکار می‌شوند. این ذرات پیام‌رسان‌های خوبی از عالم دوردست هستند. اما بررسی هم‌زمان این پیام‌رسان‌ها با پیام‌رسان‌های دیگر می‌تواند اطلاعات صدچندان مفیدتری به دست دهد. مثلا اگر نوترینویی را آشکار کنیم و سپس در همان لحظه یا کمی قبل یا بعد از آن، پرتو ایکس یا گامایی را از همان نقطه از آسمان ببینیم، به نظر می‌آید که منبعی در آن منطقه از آسمان فعال شده است که آغاز به ساطع کردن امواج و ذرات مختلف کرده است.

در یکی از مقالات اخیر رصدخانه‌ی IceCube، کشف یک ابرنواختر گزارش داده شده است که در پی بررسی‌های هم‌زمان یک رخداد نوترینو با رصدهای الکترومغناطیسی دنبال‌کننده‌ی نوترینوها رخ داده است. نوترینوی رصدشده و پیگیری‌شده در این تحقیق، از تمامی فیلترهای موجود برای انتخاب بهترین نوترینوها رد شده است. در این‌جا ابتدا کمی راجع به روش‌های گزینش نوترینوها جهت دنبال‌کردن‌های الکترومغناطیسی صحبت می‌کنیم.

اولین برشی که روی داده‌ها داده می‌شود، مربوط به جهت ورود آن‌ها به زمین است. در این بررسی‌ها فقط داده‌های مربوط به نیمکره‌ی شمالی آسمان بررسی می‌شوند. دلیل این امر آن است که داده‌های پس‌زمینه‌ی نوترینوهای اخترفیزیکی شامل تعداد زیادی از ذرات میون است که در جو زمین تولید شده‌اند. این میون‌ها اگر از نیمکره‌ی شمالی وارد شوند، در حین عبور از کره‌ی زمین و قبل از رسیدن به رصدخانه‌ی IceCube که در قطب جنوب واقع شده است، جایی متوقف شده و تعداد زیادیشان به رصدخانه نمی‌رسند. در نتیجه تعداد داده‌های پس‌زمینه کم شده و احتمال این‌که یک داده‌ی ثبت‌شده، نوترینوی اخترفیزیکی باشد بیشتر می‌شود. دومین برشی که روی داده‌ها انجام می‌شود، در نظر گرفتن رخدادهای پیاپی است، به این معنی که اگر دو نوترینو در فاصله‌ی زمانی کم‌تر از ۱۰۰ ثانیه و زاویه‌ی فضایی ۳/۵ درجه از یکدیگر رصد شده باشند، این رخداد به عنوان یک رخداد بااهمیت تلقی می‌شود. برش‌های دیگری هم برای بازسازی‌های سریع ذرات در محل دریافت داده (قطب جنوب) انجام می‌شود که در این‌ گزارش به جزییات آن‌ها نمی‌پردازیم.

شکل ۲: تصویر جدید در سمت چپ بالای شکل نشان داده شده است. تصویر مرجع، سمت راست بالا و تصویر تفاوت آن‌ها، سمت چپ، پایین تصویر جدید نشان داده شده‌اند. این تصاویر کشف ابرنواختر PTF12csy را نشان می‌دهند. تصویر سمت راست و پایین شکل، از SDSS-III گرفته شده است که در آن کهکشان میزبان در جنوب ابرنواختر مشخص است.

شکل ۲: تصویر جدید در سمت چپ بالای شکل نشان داده شده است. تصویر مرجع، سمت راست بالا و تصویر تفاوت آن‌ها، سمت چپ، پایین تصویر جدید نشان داده شده‌اند. این تصاویر کشف ابرنواختر PTF12csy را نشان می‌دهند. تصویر سمت راست و پایین شکل، از SDSS-III گرفته شده است که در آن کهکشان میزبان در جنوب ابرنواختر مشخص است.

پس از این‌که یکی از این نوترینوهای چندگانه در رصدخانه ثبت می‌شود، بلافاصله پیغامی به یکی از رصدخانه‌های دیگر (اپتیکی یا الکترومغناطیسی) فرستاده می‌شود و از آن‌ها درخواست می‌شود که به بررسی منطقه‌ی جهت این ذرات بپردازند. یکی از این رصدخانه‌های دنبال‌کننده‌ی نوترینوها، PTF است که در کالیفرنیا واقع شده است و از تلسکوپ اپتیکی ۱/۲ متری استفاده می‌کند. یکی از اهداف اصلی PTF کشف و مشاهده‌ی ابرنواخترها است.

در روز ۳۰ مارچ ۲۰۱۲، مهم‌ترین رخداد نوترینوی دوتایی که تا آن زمان مشاهده شده بود، ثبت شد و بلافاصله به PTF و رصدخانه‌ی دیگری با نام ROTSE و هم‌چنین Swfit فرستاده شد. این دو نوترینوی ثبت‌شده، تنها ۱/۷۹ ثانیه فاصله‌ی زمانی داشتند و زاویه‌ی فضایی آن‌ها ۱/۳۲ درجه بود. نکته‌ی جالب توجه آن بود که در تصاویری که رصدخانه‌ی PTF از پس این پیگیری ثبت کرد، یک ابرنواختر نوع دو کشف شد که PTF12csy نامیده شد. مکان این ابرنواختر تنها ۰/۲ درجه با متوسط جهت دو نوترینوی رصد‌شده فاصله داشت (شکل ۱ و ۲). این ابرنواختر کاندیدای بسیار خوبی برای نوترینوها محسوب می‌شد. اما بررسی‌های بیشتر در آرشیو Pan-STARRS1 نشان داد که این انفجار ابرنواختری، حداقل ۱۶۹ روز در دستگاه مشاهده‌گر (معادل با ۱۵۸ روز در دستگاه سکون کهکشان میزبان) قبل از زمان مشاهده‌ی نوترینوها رخ داده است. برای همین به احتمال زیاد این نوترینوها در جت تولید‌شده از این ابرنواختر نیامده‌اند، چرا که براساس محاسبات نظری، این نوترینوها باید بلافاصله بعد از انفجار ابرنواختری و بدون تاخیر مشاهده شوند. با این حال هنوز مدل‌های دیگری وجود دارند که طبق آن‌ها تابش نوترینوی پیوسته‌ای تا روزها بعد از انفجار می‌تواند وجود داشته باشد که در این مقاله به آن‌ها نیز اشاره شده است. اما از آن‌جایی که بر طبق متداول‌ترین مدل‌ها، این ابرنواختر منبع نوترینوهای کشف‌شده نبوده، پژوهشگران این مقاله، ادعایی بر این امر ندارند.

این ابرنواختر کشف‌شده، خود به اندازه‌ی کافی غیرعادی و جالب است؛ بسیار نورانی و پرانرژی است و نشانه‌هایی از برخورد پرتابه‌های ابرنواختر و ماده‌ی چگال اطراف ستاره از خود بروز می‌دهد. نویسندگان، در انتهای این مقاله به ویژگی‌های این ابرنواختر و داده‌های نوترینو و الکترومغناطیسی و تحلیل آن‌ها با جزییات می‌پردازند.


عنوان اصلی مقاله: Detection of a Type IIn Supernova in Optical Follow-up Observations of IceCube Neutrino Events
نویسندگان: IceCube Collaboration
لینک مقاله‌‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1506.03115

گردآوری: آزاده کیوانی

 

دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*