لطالما تساءل علماء الفلك عن مصدر الأشعة الكونية عالية الطاقة في مجرتنا؟ ملاحظات جديدة بمساعدة المرصد تجربة شيرينكوف للمياه عالية الارتفاع اكتشف (HAWC) مرشحًا شبه مستحيل: وإلا فإن السحابة الجزيئية العملاقة هي ظاهرة شائعة.
الأشعة الكونية ليست أشعة على الإطلاق ، ولكنها جزيئات صغيرة تنتقل عبر الكون بسرعة الضوء تقريبًا. يمكن أن تتكون من إلكترونات أو بروتونات أو حتى أيونات العناصر الثقيلة. يتم إنشاؤها في جميع أنواع العمليات عالية الطاقة في جميع أنحاء الكون ، من انفجارات السوبرنوفا إلى الاندماجات النجمية وحتى عندما يمتص الثقب الأسود الغاز. تأتي الأشعة الكونية في مجموعة متنوعة من الطاقات ، وبشكل عام ، فإن الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية أقل شيوعًا من نظيراتها ذات الطاقة المنخفضة. تتغير هذه النسبة بشكل طفيف للغاية عند طاقة معينة - 10 ^ 15 إلكترون فولت - والتي تسمى "الركبة". الإلكترون فولت ، أو eV ، هو ببساطة الطريقة التي يحبها علماء فيزياء الجسيمات لقياس مستويات الطاقة. للمقارنة ، أقوى مصادم للجسيمات على الأرض ، مصادم الهادرونات الكبير ، يمكن أن يصل إلى 13 × 10 ^ 12 فولت ، والذي غالبًا ما يُشار إليه على أنه 13 تيرا إلكترون فولت أو 13 تيرا إلكترون.
تعتبر الأشعة الكونية التي تزيد طاقتها عن 10-15 فولتًا أكثر ندرة مما قد يتوقعه المرء. قاد هذا علماء الفلك إلى الاعتقاد بأن أي أشعة كونية عند هذا المستوى من الطاقة وما فوق تأتي من خارج المجرة ، في حين أن العمليات في مجرة درب التبانة قادرة على إنتاج أشعة كونية تصل إلى 10-15 فولتًا. أيًا كان ما يصنع هذه الأشعة الكونية سيكون في نطاق "بيتا" وبالتالي أقوى 1000 مرة من أفضل مسرعات الجسيمات لدينا - "البيفاترونات" الطبيعية التي تجوب المجرة.
المهمة بسيطة: العثور على مصدر الأشعة الكونية بمقياس PEV في مجرة درب التبانة. لكن على الرغم من طاقتهم ، من الصعب تحديد أصلهم. ذلك لأن الأشعة الكونية تتكون من جسيمات مشحونة ، والجسيمات المشحونة التي تنتقل في الفضاء بين النجوم تتفاعل مع المجال المغناطيسي لمجرتنا. لذلك عندما ترى شعاعًا كونيًا عالي الطاقة قادمًا من اتجاه معين في السماء ، فليس لديك أي فكرة حقًا من أين أتى بالفعل - لقد تم الالتواء والتواء مساره في رحلته إلى الأرض. ولكن بدلاً من البحث عن الأشعة الكونية مباشرةً ، يمكننا البحث عن أقربائها.
عندما تصطدم الأشعة الكونية بطريق الخطأ بسحابة من الغاز البينجمي ، يمكن أن تنبعث منها أشعة جاما ، وهي شكل من أشكال الإشعاع عالي الطاقة. تمر أشعة جاما عبر المجرة في خط مستقيم ، مما يسمح لنا بتحديد مصدرها مباشرة. لذلك ، إذا رأينا مصدرًا قويًا لأشعة غاما ، فيمكننا البحث عن مصادر قريبة من الأشعة الكونية PEV.
مثير للاهتمام أيضًا:
- تترك النجوم النيوترونية إرثًا من الذهب والبلاتين
- ما الذي يساعد على تبريد النجوم النيوترونية الساخنة؟
تم استخدام هذه الطريقة من قبل مجموعة من الباحثين باستخدام HAWC ، والذي يقع على بركان سييرا نيجرا في جنوب وسط المكسيك. HAWC "ينظر" إلى السماء بجوار خزانات مملوءة بمياه نقية للغاية. عندما تضرب الجسيمات عالية الطاقة أو الإشعاع الخزانات ، فإنها تصدر وميضًا من الضوء الأزرق ، مما يسمح للفلكيين بتتبع المصدر في السماء.
بالتفصيل في ورقة بحثية نُشرت مؤخرًا في مجلة arXiv ، حدد علماء الفلك مصدرًا لأشعة غاما يتجاوز 200 TeV لا يمكن إنتاجه إلا عن طريق أشعة كونية أكثر قوة - نوع الأشعة الكونية التي تصل إلى مقياس PEV. يقع المصدر ، المسمى HAWC J1825-134 ، في اتجاه مركز المجرة تقريبًا. يبدو لنا HAWC J1825-134 على أنه بقعة ساطعة من أشعة غاما مضاءة بواسطة مصدر غير معروف للأشعة الكونية - ربما يكون أقوى مصدر معروف للأشعة الكونية في مجرة درب التبانة.
يوجد العديد من مصادر الأشعة الكونية عالية الطاقة المشتبه بها في غضون بضعة آلاف من السنين الضوئية من HAWC J1825-134 ، لكن لا يمكن لأي منهم تفسير الإشارة بسهولة. على سبيل المثال ، يعد مركز المجرة نفسه مولدًا معروفًا للأشعة الكونية الشديدة ، ولكنه بعيد جدًا عن HAWC J1825-134 ليكون ذا صلة بهذه القياسات. هناك بعض بقايا المستعر الأعظم ، ولا شك أن المستعرات الأعظمية قوية جدًا. لكن جميع المستعرات الأعظمية في منطقة HAWC J1825-134 انفجرت منذ وقت طويل - منذ زمن بعيد جدًا لإنتاج هذه الأشعة الكونية عالية الطاقة الآن.
النجوم النابضة - البقايا الكثيفة والسريعة الدوران لنوى النجوم الضخمة - تنتج أيضًا كميات وفيرة من الأشعة الكونية. لكنها أيضًا بعيدة جدًا عن مصدر إشعاع غاما - طاقة الإلكترونات والبروتونات القادمة من النجم النابض - فهي ببساطة ليست عالية بما يكفي للسفر آلاف السنين الضوئية إلى حيث تنبعث أشعة جاما.
والمثير للدهشة أن مصدر هذه الأشعة الكونية التي حطمت الرقم القياسي تبين أنه ليس سوى سحابة جزيئية عملاقة. هذه الغيوم مخلوقات عملاقة خرقاء مليئة بالغبار والغاز تجوب المجرة. في بعض الأحيان ينكمشون ويصبحون نجومًا ، لكن بخلاف ذلك يمكن أن يظلوا هادئين وفضفاضين لمليارات السنين.
يوجد داخل مجمع السحابة مجموعة من النجوم المولودة حديثًا ، ولكن حتى النجوم الشابة الأكثر روعة وأعلى صوتًا لا يُعتقد أنها قوية بما يكفي لإطلاق مثل هذه الأشعة الكونية. يعترف الباحثون أنفسهم بأنهم لا يعرفون كيف تفعل هذه السحابة ذلك ، ولكن بطريقة ما ، عندما لم يكن أحد منتبهًا ، فقد ولّدت بعضًا من أقوى الجسيمات في المجرة بأكملها.
اقرأ أيضا:
- تم اكتشاف إلكترون محايد غريب في حالة جديدة من المادة
- خمس طرق يمكن أن يساعدنا بها الذكاء الاصطناعي في استكشاف الفضاء