راز پرتوهای کیهانی گشوده شد: از ستارگان مُرده می آیند

* پروتون هایی که پیوسته با سرعت هایی نزدیک به سرعت نور به جو زمین برخورد می کنند، انرژی بسیار زیادِ خود را از انفجار ستارگان گرفته اند. دستکم این چیزی بوده که فیزیکدانان و اخترشناسان دیرزمانی گمان داشتند، هر چند تاکنون دیدن شواهد مستقیم و سرراست برای آن دشوار بود.

پرتوهای کیهانی به همه ی ذرات بارداری می گویند که از فضا به زمین برخورد می کنند. تقریبن همه ی این ذرات پروتون هستند، و سرعت برخی از آن ها هم بیش از هر سرعتی است که شتابدهنده های روی زمین می توانند به ذرات بدهند. گرچه ما از سال ۱۹۱۲ با پرتوهای کیهانی آشنا شده ایم، ولی سرچشمه ی آن ها یک راز باقی مانده بود.
این دو دسته طیف نور، از آنِ پسمان های ابرنواختری W44 و IC443 است که توسط چند تلسکوپ به دست آمده. به خوبی می بینیم که میزان انرژی پرتوهای گامایی که از این دو جرم می آید، با اندازه ی پیش بینی شده (منحنی ها) همخوانی دارد.
استفان فانک از آزمایشگاه شتابدهنده ی ملی SLAC در مونلو پارک کالیفرنیا می گوید: «این یک راز ۱۰۰ ساله است. چه چیزی چنین انرژی های عظیمی را تولید می کند؟»

فیزیکدانان یک سرچشمه ی احتمالی این ذرات را فوران های خشن ابرنواختری در کهکشان راه شیری می دانستند. ماده ای که در چنین فرآیندی به بیرون پس زده می شود آنقدر سریع حرکت می کند که امواج شوک پدید می آورد. اگر یک پروتون از محدوده ی امواج شوک بگذرد، ضربه ای خورده و شتاب می گیرد.

از آن جا که پروتون ها باردارند، می توانند در میدان های مغناطیسی به دام بیفتند. این میدان ها آن ها را در سطح موج شوک بارها عقب و جلو می برند، مانند یک توپ تنیس. به گفته ی فانک: «سرانجام پروتون ها زمانی که به اندازه ی کافی انرژی دریافت کردند، می توانند از منطقه ی موج شوک بگریزند. این پرتو، دیگر یک پرتوی کیهانی نو و تازه به دنیا آمده است.»

راه پرپیچ و خم
ولی میدان های مغناطیسی همچنین می توانند مسیر پرتوهای کیهانی برای رسیدن به آشکارسازهای ما را نیز منحرف کنند. این پرتوها تا به زمین برسند آنقدر مسیرشان تغییر کرده که دیگر به سختی می توان سرچشمه‌شان را شناسایی کرد [در این زمینه: * پیله ای که پرتوهای کیهانی را به دام می اندازد].

پس نیاز به رویکرد دیگری برای حل این مشکل داشتیم -- و این کلیدش در دست پرتوهای گاما بود. ما می دانیم که وقتی پروتون های پرانرژی با پروتون های کم انرژی در جایی دورتر (مثلن پروتون های درون ابری که ابرنواختر را در بر گرفته) برخورد می کنند، شدت این برخورد به گونه ای نامستقیم باعث پدید آمدن پرتوهای گاما می شود. پرتوهای گاما بدون بارند و بنابراین در خط راست حرکت می کنند، بدون آن که میان های مغناطیسی اثری بر رویشان داشته باشد.

فانک و همکارانش با بهره از تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی، به رصد دو تا از درخشان ترین پسمان های ابرنواختری در کهکشان شیری پرداختند (M۴۴ و IC۴۴۳ یا سحابی عروس دریایی). آیا پرتوهای گامایی که از این دو جرم می آمد، نشانه ی پدید آمدن از برخورد پروتون ها را در خود داشت یا نه؟

به گفته ی فانک، بنا بر قانون پایستگی انرژی، پرتوهای گامایی که در اثر برخورد پروتون ها پدید می آیند، هر یک انرژی کمینه ای در حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ مگاالکترون ولت خواهند داشت. اگر نزدیک یک پسمان ابرنواختر، پروتون های بسیاری با هم برخورد داشته باشند، پس می بایست پرتو گامای بسیاری با این اندازه انرژی یا بیشتر، از آن منطقه دریافت شود - و چون این میزان انرژی، میزان کمینه است، تقریبن هیچ انرژیی کمتر از آن نباید از آن منطقه بیاید.

فانک می گوید: «این درست همان چیزیست که می بینیم. این یک نشانه ی ویژه و آشکار است که به گونه ای کامل و روشن به ما می گوید آنچه داریم می بینیم، پرتوهای گامای ناشی از پروتون های شتاب گرفته است.»

استفان وسترهوف از دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، که در این پژوهش شرکت نداشت می گوید: «این مقداری نسبتن بزرگ است. دیرزمانی بود که گمان می رفت این پسمان های ابرنواختر، جایگاه های شتابدهنده ی پروتون ها هستند، و تاکنون شواهدی نامستقیم و اندک هم برایش داشتیم. نتایج تلسکوپ فرمی سنجشی بسیار تمیز است و احتمالن تا حد زیادی این مساله را حل می کند.»

ولی این یافته سرچشمه ی همه ی پرتوهای کیهانی را توضیح نمی دهد. برخی از این پرتوها به جای پروتون، میون و یا پوزیترون هستند. و یک رده از این پرتوها به نام پرتوهای کیهانی فرا-پرانرژی، احتمالن چشمه هایی بیرون از کهکشان راه شیری دارند.

در همین زمینه: * سرچشمه پرتوهای کیهانی همچنان یک راز است * آتشپاره های کیهانی 

واژه نامه:
proton - Earth - atmosphere - Cosmic ray - charged particle - accelerator - Stefan Funk - SLAC National Accelerator Laboratory - supernova - Milky Way - shock wave - magnetic field - Fermi Gamma Ray Space Telescope - Stefan Westerhoff - IC443 - W44 - spectra

منبع: newscientist

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه