يمكن أن تكون الثقوب السوداء مصدرًا للنيوترينوات “الشبحية”.

تسمى النيوترينوات بالجسيمات “الشبحية”: فهي بالكاد تتفاعل مع المادة ويمكنها الطيران عبر الكواكب بأكملها. ولهذا السبب يصعب اكتشافهم. في الوقت نفسه، فهي ذات قيمة كبيرة لعلماء الفلك، لأنها قادرة على نقل المعلومات من زوايا الكون التي يتعذر الوصول إليها. في فبراير 2020، سجل كاشف KM3NeT/ARCA الحدث القياسي KM3-230213A. وتبين أن طاقة هذا الجسيم هائلة جدًا لدرجة أن العلماء بدأوا على الفور في البحث عن مصادر محتملة. ومن بين المرشحين الذين تم بحثهم الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية للغاية، بالإضافة إلى الأجسام المتطرفة غير المعروفة في درب التبانة. ومع ذلك، لم يكن هناك تفسير يبدو مقنعا تماما. تم اقتراح سيناريو جديد من قبل فريق بحث دولي بقيادة أوسكار أدرياني من جامعة فلورنسا (إيطاليا). وفقًا للعلماء، يمكن أن يأتي النيوترينو “الشبح” من البلازارات، وهي نوى مجرية نشطة يقذف فيها ثقب أسود هائل نفاثات بسرعة قريبة من الضوء تقريبًا.

إذا تم توجيه إحدى هذه التدفقات نحو الأرض، يصبح الجسم ساطعًا للغاية وملحوظًا. في السابق، وجد العلماء بالفعل دلائل غير مباشرة على أن البلازارات قادرة على إنتاج نيوترينوات عالية الطاقة. على سبيل المثال، في عام 2018، ساعد مرصد آيس كيوب في ربط حدث نيوترينو واحد بالبلزار TXS 0506+056. ومع ذلك، تبين أن طاقات الحدث الجديد أعلى من ذلك بكثير. وبدلاً من ربط الإشارة بمتوهج واحد محدد، قام مؤلفو العمل العلمي الجديد بوضع نموذج لمساهمة مجموعة كاملة من هذه الأشياء. ولإجراء الحسابات، استخدمنا برنامج Astro-Multi-messenger Modeling، الذي يصف العمليات التي تحدث داخل النفاثات النسبية – وهي نفثات من المادة تهرب من محيط الثقب الأسود. أخذ النموذج أيضًا في الاعتبار اصطدام البروتونات بالفوتونات، وإنشاء البيونات، التي يؤدي اضمحلالها إلى ظهور أشعة جاما والنيوترينوات، بالإضافة إلى عمليات أخرى للفيزياء الفلكية عالية الطاقة. بعد اختيار المعلمات بحيث يفسر النموذج ظهور النيوترينوات فائقة القوة ولا يتعارض مع ملاحظات التلسكوبات الأخرى، اكتشف الباحثون أن مجموعة البلازار يمكنها بالفعل إنشاء تدفق نيوترينو من الطاقة المطلوبة.

وتبين أن السيناريو الأكثر ترجيحًا هو تسارع البروتونات داخل النفاثات باستخدام طيف طاقة شديد الصلابة. وفي الوقت نفسه، تكون الطاقة المخزنة فيها أعلى بحوالي 10 مرات من طاقة الإلكترونات. ومن اللافت للنظر أن النموذج يظل متوافقًا مع إشعاع غاما الخلفية المعروف بالفعل من الكون. في مثل هذا السيناريو، لا تقدم البلازارات أي مساهمة تقريبًا في تدفق النيوترينوات ذات الطاقة المنخفضة التي يكتشفها آيس كيوب بانتظام. قد يعني هذا أن نطاقات الطاقة المختلفة في الكون يتم إنشاؤها بواسطة أنواع مختلفة من المسرعات الكونية. لاحظ أدرياني وزملاؤه أن الاستنتاجات حتى الآن تستند إلى حدث متطرف واحد، لذا فإن عدم اليقين الإحصائي مرتفع. ومع ذلك، حتى اكتشاف واحد لجسيم من هذه الطاقة يجبرنا على إعادة النظر في أفكارنا حول قدرات الأجسام الفيزيائية الفلكية. مع توسع شبكة KM3NeT وتراكم البيانات الجديدة، سيتمكن العلماء من اختبار ما إذا كانت البلازارات هي بالفعل مصانع للنيوترينوات الأكثر نشاطًا في الكون. ونشرت نتائج العمل العلمي في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.