اخترشناسان مدتهاست به این فکر می کردند که پرتوهای کیهانی پرانرژی از کجا در کهکشان ما منشا می گیرند؟ مشاهدات جدید با کمک رصدخانه آزمایش چرنکوف آب در ارتفاع بالا (HAWC) یک نامزد تقریبا غیرممکن را کشف کرد: در غیر این صورت، یک ابر مولکولی غول پیکر یک پدیده رایج است.
پرتوهای کیهانی اصلاً پرتو نیستند، بلکه ذرات ریزی هستند که تقریباً با سرعت نور در سراسر جهان حرکت می کنند. آنها می توانند از الکترون ها، پروتون ها یا حتی یون های عناصر سنگین تر تشکیل شوند. آنها در انواع فرآیندهای پرانرژی در سراسر کیهان ایجاد می شوند، از انفجارهای ابرنواختر گرفته تا ادغام ستاره ها و حتی زمانی که یک سیاهچاله گاز می مکد. پرتوهای کیهانی دارای طیف گسترده ای از انرژی هستند و به طور کلی، پرتوهای کیهانی با انرژی بالاتر نسبت به پسرعموهای کم انرژی کمتر رایج هستند. این نسبت در یک انرژی معین - 10^15 الکترون ولت - که "زانو" نامیده می شود، بسیار کمی تغییر می کند. الکترون ولت یا eV به سادگی راهی است که فیزیکدانان ذرات دوست دارند سطوح انرژی را اندازه گیری کنند. برای مقایسه، قوی ترین برخورد دهنده ذرات روی زمین، برخورد دهنده بزرگ هادرون، می تواند به 13×10^12 eV برسد که اغلب به عنوان 13 ترالکترون ولت یا 13 TeV نشان داده می شود.
پرتوهای کیهانی با انرژی بالاتر از 10-15 eV بسیار نادرتر از آن چیزی هستند که انتظار می رود. این امر اخترشناسان را به این باور رسانده است که هر پرتوهای کیهانی در این سطح انرژی و بالاتر از خارج از کهکشان می آیند، در حالی که فرآیندهای کهکشان راه شیری قادر به تولید پرتوهای کیهانی تا 10-15 eV هستند. هر آنچه که این پرتوهای کیهانی را ایجاد می کند در محدوده "پتا" خواهد بود و بنابراین بیش از 1000 برابر قدرتمندتر از بهترین شتاب دهنده های ذرات ما - "پواترون های" طبیعی که در کهکشان پرسه می زنند.
ماموریت ساده است: یافتن منبع پرتوهای کیهانی در مقیاس PEV در کهکشان راه شیری. اما با وجود انرژی آنها، تعیین منشا آنها دشوار است. به این دلیل که پرتوهای کیهانی از ذرات باردار تشکیل شده اند و ذرات باردار که در فضای بین ستاره ای حرکت می کنند به میدان مغناطیسی کهکشان ما واکنش نشان می دهند. بنابراین وقتی یک پرتو کیهانی پرانرژی را می‌بینید که از جهت خاصی در آسمان می‌آید، واقعاً نمی‌دانید که واقعاً از کجا آمده است - مسیر آن در سفر به زمین پیچ خورده و منحرف شده است. اما به جای اینکه مستقیماً به دنبال پرتوهای کیهانی بگردیم، می توانیم به دنبال خویشاوندان آنها بگردیم.
هنگامی که پرتوهای کیهانی به طور تصادفی به ابری از گاز بین ستاره‌ای برخورد می‌کنند، می‌توانند پرتوهای گاما، یک شکل پرانرژی از تابش، ساطع کنند. این پرتوهای گاما در یک خط مستقیم از کهکشان عبور می کنند و به ما اجازه می دهند که منشاء آنها را مستقیماً تعیین کنیم. بنابراین، اگر یک منبع پرتو گاما قوی ببینیم، می‌توانیم به دنبال منابع نزدیک پرتوهای کیهانی PEV بگردیم.
همچنین جالب:
- ستاره های نوترونی میراثی از طلا و پلاتین به جا می گذارند
- چه چیزی به خنک شدن ستاره های نوترونی داغ کمک می کند؟
این روش توسط گروهی از محققان با استفاده از HAWC که در آتشفشان سیرا نگرا در جنوب مرکزی مکزیک قرار دارد، استفاده شد. HAWC در کنار مخازن پر از آب فوق‌العاده به آسمان نگاه می‌کند. هنگامی که ذرات پرانرژی یا تشعشعات به مخازن برخورد می کنند، فلاش نور آبی از خود ساطع می کنند که به ستاره شناسان اجازه می دهد منبع را در آسمان ردیابی کنند.
در مقاله‌ای که اخیراً در مجله arXiv منتشر شده است، اخترشناسان منبعی از پرتوهای گاما با بیش از 200 TeV را شناسایی کرده‌اند که تنها توسط پرتوهای کیهانی قوی‌تر تولید می‌شود - نوعی از پرتوهای کیهانی که به مقیاس PEV می‌رسند. منبع با نام HAWC J1825-134 تقریباً در سمت مرکز کهکشان قرار دارد. HAWC J1825-134 به عنوان یک تکه پرتو گامای درخشان به نظر می رسد که توسط منبع ناشناخته پرتو کیهانی روشن می شود - احتمالاً قوی ترین منبع پرتو کیهانی شناخته شده در کهکشان راه شیری.
چندین مظنون منبع پرتوهای کیهانی پرانرژی در فاصله چند هزار سال نوری HAWC J1825-134 هستند، اما هیچ یک از آنها نمی توانند به راحتی سیگنال را توضیح دهند. به عنوان مثال، مرکز کهکشانی خود یک مولد شناخته شده پرتوهای کیهانی شدید است، اما از HAWC J1825-134 بسیار دور است تا به این اندازه‌گیری‌ها مرتبط باشد. تعدادی بقایای ابرنواختر وجود دارد و بدون شک ابرنواخترها بسیار قدرتمند هستند. اما تمام ابرنواخترهای منطقه HAWC J1825-134 مدت‌ها پیش منفجر شدند - خیلی وقت پیش که اکنون این پرتوهای کیهانی پرانرژی تولید نمی‌شود.
تپ اخترها - بقایای متراکم و سریع در حال چرخش هسته های ستارگان پرجرم - همچنین مقادیر زیادی پرتوهای کیهانی تولید می کنند. اما آنها نیز بسیار دور از منبع تابش گاما هستند - انرژی الکترون ها و پروتون هایی که از تپ اختر می آیند - آنها به سادگی به اندازه کافی بالا نیستند که هزاران سال نوری را به جایی که تابش گاما گسیل می شود سفر کنند.
با کمال تعجب، منبع این پرتوهای کیهانی رکوردشکن چیزی جز یک ابر مولکولی غول پیکر نبود. این ابرها موجودات غول پیکر و دست و پا چلفتی پر از غبار و گاز هستند که در کهکشان پرسه می زنند. گاهی اوقات آنها منقبض می شوند و ستاره می شوند، اما در غیر این صورت می توانند برای میلیاردها سال ساکت و شل بمانند.
در داخل مجموعه ابر، خوشه ای از ستاره های تازه متولد شده وجود دارد، اما تصور نمی شود که حتی زیباترین و پر سر و صداترین ستارگان جوان برای پرتاب چنین پرتوهای کیهانی به اندازه کافی قدرتمند باشند. خود محققان اعتراف می‌کنند که نمی‌دانند این ابر چگونه این کار را انجام می‌دهد، اما به نوعی، زمانی که هیچ‌کس توجهی نداشت، برخی از قوی‌ترین ذرات را در کل کهکشان تولید کرد.
همچنین بخوانید:
- یک الکترون خنثی عجیب در حالت جدیدی از ماده کشف شده است
- پنج راه که هوش مصنوعی می تواند به ما در اکتشاف فضا کمک کند