صائد الظلال: المجرة البعيدة التي تعيد كتابة قصة أصل النيوترينوات عالية الطاقة

ذلك المصدر كان JCMT0402-0424، وهي مجرة مغبرة مدمجة اللب تشهد انفجاراً نجمياً (DSFG) عند انزياح نحو الأحمر يبلغ z = 2.988 . هذا يضعها على مسافة زمنية تبلغ حوالي 11 مليار سنة، في قلب الحقبة التي يسميها علماء الفلك "الظهيرة الكونية"، عندما كان تشكل النجوم في جميع أنحاء الكون في أقصى درجات كثافته.

داخل انفجار نجمي منتج للنيوترينوات

المجرة التي كشفتها ALMA بددت كل التوقعات. بعد تصحيح تأثير تكبير العدسة، أصبح لبها مضغوطاً بشكل ملحوظ – ربما بعرض 1,500 سنة ضوئية فقط – وهو يشع بضياء الأشعة تحت الحمراء الذي يعادل تريليونات الشموس . هذه الطاقة الهائلة ناتجة عن معدل محموم لتشكل النجوم، حيث تُخلق نجوم جديدة بوتيرة متسارعة داخل بيئة كثيفة وغنية بالغاز ويكتنفها الغبار.

والأهم من ذلك، لم تجد الأرصاد أي دليل على وجود نواة مجرية نشطة (AGN). لا تملك "صائد الظلال" أي بصمة مضيئة في نطاقي الأشعة السينية أو غاما، وهي البصمة التي لا تخطئها العين لأي ثقب أسود هائل يلتهم المادة . أظهر التحليل الطيفي لغبار المجرة تراكيب سرعة معقدة ذات مكونات عريضة، وهي سمة مميزة للانفجارات النجمية المدمجة، وليست التدفقات الخارجة التي تقودها الثقوب السوداء المركزية عادةً . إن احتمال المصادفة العشوائية لإيجاد مصدر تحت مليمتري بهذا التطرف داخل منطقة الاحتواء بنسبة 90% للنيوترينو هو أقل من 1%، مما يربط بقوة النيوترينو بمجرة تشكل النجوم نفسها .

تحدي كون يتمحور حول النوى المجرية النشطة

يمثل هذا الاكتشاف نقلة نوعية في علم الفلك متعدد الرسل. على مدار ما يقرب من عقد من الزمان، كان المصدران الثابتان والموثوقان الوحيدان للنيوترينوات عالية الطاقة خارج المجرة كلاهما نوى مجرية نشطة. ففي عام 2018، تم تحديد النجم الزائف المتوهج TXS 0506+056 كمصدر للنيوترينو IC-170922A . وفي عام 2022، أعلن تعاون مرصد IceCube عن أدلة على وجود نيوترينوات من مجرة NGC 1068 القريبة (مسييه 77) . رسخت هذه الاكتشافات الرأي السائد بأن الثقوب السوداء الهائلة النشطة – بنفاثاتها القوية ونواتها الكثيفة – هي المحركات الأساسية لتسريع الأشعة الكونية إلى الطاقات اللازمة لإنتاج نيوترينوات عالية الطاقة.

تُظهر "صائد الظلال" أن هذه الصورة غير مكتملة. فهي تقدم أقوى دليل رصدي حتى الآن على أن فئة مختلفة من مولّدات الطاقة – مجرات الانفجار النجمي البعيدة والمغبرة – يمكنها توليد النيوترينوات دون أي نشاط لثقب أسود. من المحتمل أن الأشعة الكونية النشطة التي تنتج النيوترينوات تتسارع في الموجات الصدمية لانفجارات المستعرات العظمى التي لا تُحصى، والتي تمثل نهاية حياة النجوم الضخمة قصيرة العمر في هذه البيئات القاسية .

حلقة مفقودة نحو الخلفية الكونية للنيوترينوات

التداعيات تمتد لأبعد من هذه المجرة الواحدة. قام مرصد IceCube بقياس خلفية مشتتة من النيوترينوات عالية الطاقة تصل من كل الاتجاهات، وهج غير محلول يفوق ما يمكن تفسيره بمجموعة النجوم الزائفة المتوهجة والنوى المجرية النشطة المعروفة وحدها. لطالما اشتبه العلماء في أن جزءاً كبيراً من هذا التدفق المفقود يأتي من مجرات تشكل النجوم، لكن الدليل المباشر كان غائباً .

تقدم "صائد الظلال" الآن رابطاً ملموساً. لأنها موجودة في حقبة الظهيرة الكونية (انزياح نحو الأحمر حوالي 2–3)، فإنها تثبت أن عصر ذروة تشكل النجوم في الكون كان أيضاً عصراً لإنتاج وافر للنيوترينوات . الانفجارات النجمية المدمجة والمغلفة بالغبار مثل JCMT0402-0424، والتي تكون باهتة أو غير مرئية للتلسكوبات البصرية وتلسكوبات أشعة غاما التقليدية، قد تمثل جمهرة واسعة ومختبئة سابقاً من "مصانع النيوترينو" مسؤولة مجتمعة عن الخلفية المشتتة الغامضة . هذا الاكتشاف لا يسد فجوة طال أمدها في محاسبتنا الكونية فحسب، بل يوجه علماء فلك النيوترينو نحو فئة جديدة من الأهداف التي كانت مختبئة على مرأى من الجميع، محجوبة بغبارها ومسافاتها القصوى.