อนุภาคผี “นิวทริโน” เผยที่มารังสีคอสมิกจากใจกลางกาแล็กซี

อนุภาคพลังงานสูงที่กระหน่ำพุ่งชนโลกและวัตถุอื่น ๆ ไปทั่วห้วงอวกาศ ซึ่งรู้จักกันในชื่อว่า “รังสีคอสมิก” (cosmic rays) อาจมีที่มาจากกระบวนการบางอย่างภายในศูนย์กลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเอง

ผลวิเคราะห์ล่าสุดของโครงการความร่วมมือนานาชาติ “ไอซ์คิวบ์” (IceCube) ซึ่งดำเนินการมานานถึงกว่าหนึ่งทศวรรษ พบว่าอนุภาคนิวทริโน (neutrino) ที่ตรวจจับได้หลังพุ่งผ่านเข้ามาในก้อนน้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกา สามารถบ่งชี้ทิศทางย้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดของรังสีคอสมิกได้

นิวทริโนหรือ “อนุภาคผี” (ghost particle) คืออนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่ตรวจจับได้ยาก เนื่องจากมีมวลอยู่น้อยมากเหมือนกับไม่มี สามารถทะลุผ่านวัตถุต่าง ๆ โดยไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาใด ๆ ขึ้นทั้งสิ้น จนเป็นที่มาของฉายาที่ทำให้นึกถึงภูตผีปีศาจนั่นเอง

นิวทริโนที่พบบนโลกและในชั้นบรรยากาศโลกส่วนใหญ่ มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดวงอาทิตย์ โดยนิวทริโนปริมาณราว 1 แสนล้านอนุภาค เคลื่อนผ่านพื้นที่ขนาดเท่าปลายนิ้วของเราไปในทุกวินาที

อย่างไรก็ตาม นิวทริโนที่โครงการไอซ์คิวบ์ค้นพบล่าสุดไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์ แต่มีความเป็นไปได้สูงว่ามันมีแหล่งกำเนิดที่ห่างไกลกว่านั้น โดยศาสตราจารย์ ซูเบียร์ สาคาร์ นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด บอกกับบีบีซีว่า

“เมื่อเซนเซอร์ในก้อนน้ำแข็งที่ขั้วโลกใต้ตรวจจับนิวทริโนได้ เราสามารถนำเอาข้อมูลของตำแหน่งเซนเซอร์นั้น รวมทั้งเวลาที่ตรวจจับได้มาคำนวณ เพื่อระบุถึงแหล่งที่มาในห้วงอวกาศของรังสีคอสมิกที่พุ่งมาชนเข้ากับเซนเซอร์ จนให้กำเนิดนิวทริโนขึ้นมาได้”

โดยทั่วไปแล้ว อนุภาคพลังงานสูงในรังสีคอสมิกจะเดินทางเป็นเส้นตรงด้วยความเร็วเกือบเท่ากับแสงโดยไม่หยุดยั้ง เว้นเสียแต่ว่ามันจะชนเข้ากับนิวเคลียสของสสารอื่น ๆ และให้กำเนิดอนุภาคนิวทริโนที่ไม่ทำปฏิกิริยากับสิ่งใดขึ้นมา

รายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ฉบับล่าสุด ระบุว่านักวิทยาศาสตร์ของโครงการไอซ์คิวบ์ใช้โปรแกรมปัญญาประดิษฐ์หรือเอไอ (AI) จำแนกแยกแยะชนิดของนิวทริโนทั้งหมดที่เคยตรวจจับได้ ทำให้พบว่ามีจำนวนหนึ่งที่เป็นนิวทริโนชนิดอิเล็กตรอน ซึ่งเดินทางมาจากใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ทั้งยังมีคุณสมบัติที่แตกต่างไปจากนิวทริโนชนิดมิวออน ซึ่งมาจากดวงอาทิตย์และพบได้มากในชั้นบรรยากาศโลก

ข้อมูลดังกล่าวยังทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแผนที่ดาราจักรของเราขึ้นมาใหม่ โดยใช้ข้อมูลแหล่งกำเนิดของอนุภาคนิวทริโนที่ค้นพบล่าสุด ทำให้เกิดภาพแนวระนาบของกาแล็กซีทางช้างเผือกในมุมมองที่ไม่เคยเห็นกันมาก่อน เนื่องจากไม่ได้เป็นภาพที่สร้างด้วยข้อมูลแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ ในทางดาราศาสตร์

ศาสตราจารย์ นาโอโกะ คุระฮาชิ นีลสัน หนึ่งในสมาชิกของทีมวิจัยประจำโครงการไอซ์คิวบ์ บอกว่า “ข้อมูลใหม่และแผนที่ใหม่ที่จัดทำขึ้นในครั้งนี้ จะช่วยให้เราเริ่มเรียนรู้ทำความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการทางฟิสิกส์ของกาแล็กซีทางช้างเผือกได้ดีขึ้น และอาจจะตอบคำถามที่เป็นปริศนามานานได้ภายใน 5-10 ปี ข้างหน้านี้”