سرنخ های جدید دانشمندان برای یافتن منشا پرتوهای گاما

به گزارش سایت وایرد، اخیرا پژوهشگران داده‌هایی را جمع آوری کردند که نشان می‌دهد انفجار ستاره‌ای می‌تواند برخی از سریع‌ترین ذرات جهان را ایجاد کند.

برخورد دهنده هادرونی بزرگ" (LHC) در "سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای یا سرن (CERN)، یکی از جاه‌طلبانه‌ترین اقدامات در حوزه فیزیک ذرات به شمار می‌رود. دانشمندان با هزینه‌ای حدود پنج میلیارد دلار توانستند حلقه‌ای از آهن‌ربا‌های ابررسانا را بسازند که آنقدر سرد شود تا به دمایی سردتر از فضا برسد. آن‌ها می‌توانند از این فناوری برای شتاب دادن ذرات زیراتمی استفاده کنند تا به سرعتی نزدیک به سرعت نور برسند.

در هر حال، طبیعت این کار را بهتر انجام می‌دهد. بیش از یک قرن است که فیزیکدانان از وجود پرتو‌های کیهانی که ذرات بارداری از فضای بیرونی هستند و روی زمین فرود می‌آیند، شگفت‌زده شده‌اند. پرتو‌های کیهانی می‌توانند با سرعتی بیش از یک "پتا الکترون ولت" (PeV) انرژی به سیاره ما برسند. اگرچه هیچ کمبودی برای مطالعه پرتو‌های کیهانی وجود ندارد، اما دانشمندان عمدتا درک نکرده‌اند که دقیقا چه چیزی می‌تواند ذرات را به داشتن چنین سرعت‌های فوق‌العاده‌ای سوق دهد.

گروهی متشکل از پنج دانشمند در پروژه جدیدی تلاش کرده‌اند که این معما را تا حدودی حل کنند. آن‌ها از طریق ترکیب داده‌های "تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی" (FGST) ناسا با مشاهدات به دست آمده از ۹ آزمایش دیگر، یک باقیمانده ابرنواختر را به عنوان منبع پروتون‌های PeV شناسایی کرده‌اند. کشف این کارخانه‌های پرتو کیهانی که دانشمندان آن‌ها را "پِواترون" (PeVatron) می‌نامند، در نهایت به آن‌ها کمک می‌کند تا شرایط محیطی که این ذرات را به حرکت در می‌آورند و نقشی را که در تکامل کیهان دارند، مشخص کنند.

کی فانگ (Ke Fang)، اخترفیزیکدان دانشگاه ویسکانسین-مدیسن" (UW–Madison) و سرپرست این پژوهش گفت: شناسایی این پِواترون‌ها، نخستین گام به سوی درک جهان پر انرژی‌تر خواهد بود. تاکنون، تنها دو پِواترون بالقوه در کهکشان راه شیری ردیابی شده‌اند؛ یک سیاه‌چاله بزرگ در مرکز کهکشان ما و یک منطقه ستاره‌ساز که در حومه آن قرار دارد. در نظریه‌ها، بقایای ابرنواختر که گاز و غبار به جا مانده از مرگ انفجاری ستارگان هستند نیز باید بتوانند پروتون‌های PeV را تولید کنند، اما تاکنون، هیچ شواهدی برای تایید این موضوع وجود نداشته است.

متیو کر (Matthew Kerr)، فیزیکدان آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی آمریکا" (NRL) و از پژوهشگران این پروژه گفت: وقتی ستاره‌های بزرگ منفجر می‌شوند، امواج ضربه‌ای را تولید می‌کنند که در محیط میان‌ستاره‌ای منتشر می‌شوند. پروتون‌ها در میدان مغناطیسی بقایای ابرنواختر به دام می‌افتند، در مجاورت امواج ضربه‌ای چرخ می‌زنند و با هر دور تقویت می‌شوند. این روند تقریبا مانند موج‌سواری است و تا زمانی که انرژی کافی را برای فرار به دست آورند، ادامه می‌یابد. در هر حال، ما در واقع نمی‌توانیم به آنجا برویم و یک آشکارساز ذره را در بقایای ابرنواختر قرار دهیم تا بفهمیم که آیا این نظریه درست است یا خیر.

اگرچه مقدار زیادی از پروتون‌های PeV به زمین می‌رسند، اما دانشمندان نمی‌توانند بگویند که این ذرات از کدام جهت می‌آیند، زیرا پرتو‌های کیهانی در جهان به صورت زیگزاگ حرکت می‌کنند. آن‌ها مانند توپ‌های پینگ‌پنگ پرتاب می‌شوند و در میدان‌های مغناطیسی می‌چرخند. این موضوع، ردیابی آن‌ها را برای رسیدن به منشا غیرممکن می‌سازد.

با بررسی بقایای ابرنواختر، دانشمندان متوجه درخشش پرتو‌های گاما شدند که بر خلاف ذرات باردار، در خطوط مستقیمی از محل تولد خود به طرف زمین حرکت می‌کنند. این یک سرنخ بود که نشان می‌داد اگر پروتون‌های PeV وجود داشته باشند، ممکن است با گاز بین ستاره‌ای در تعامل قرار بگیرند و ذرات ناپایداری به نام پیون (pions) را تولید کنند که به سرعت به پرتو‌های گاما تجزیه می‌شوند.