راز پرتوهای کیهانی کمیاب و بسیار پرانرژی آشکار شد

* سرانجام گره از یک راز دیرپای درباره‌ی ریشه‌ی پرانرژی‌ترین ذراتی که از فضا می‌آیند گشوده شد. خوانش‌های ده ساله‌ی بزرگ‌ترین رصدخانه‌ی پرتوهای کیهانی نشان می‌دهد که این ذرات فرا-پرانرژی از بیرون از کهکشان خودمان می‌آیند.

رصدخانه‌ی پی‌یر اوژی در پهنه‌ای به اندازه‌ی ۳۰۰۰ کیلومتر مربع گسترده شده

پرتوهای کیهانی ذرات بارداری -به طور عمده هسته‌ی اتم‌‌های هیدروژن، هلیوم، و برخی از عنصرهای سنگین‌تر- هستند که به گونه‌ای پیوسته زمین را بمباران می‌کنند. برخی از این ذرات، ذراتی با انرژی‌های بیشتر از ۸ میلیارد میلیارد الکترون ولت هستند که نخستین بارحدود ۵۰ سال پیش یافته شدند، ولی سرچشمه‌ی آنها تاکنون یک راز مانده بود.

این ناشناخته بودن به این دلیل بوده که پرتوهای کیهانی هر چه پرانرژی‌تر باشند، شمارشان کمتر است. به طور میانگین در هر یک کیلومتر مربع سطح زمین، سالانه تنها یک پرتوی کیهانی فراپرانرژی (یواچ‌ئی‌سی‌آر، UHECR) به زمین می‌خورد. تلسکوپ‌ها نمی‌توانند این ذرات را به اندازه‌ی کافی که بشود سرچشمه‌شان را شناسایی کرد دریافت کنند.

این روند با ساخته شدن رصدخانه‌ی پی‌یر اوژی که در بیش از ۳۰۰۰ کیلومتر مربع از چمنزارهای آرژانتین گسترده شده تغییر کرد. این رصدخانه یک دهه است که آسمان را می‌کاود و تاکنون ۳۰ هزار یواچ‌ئی‌سی‌آر را شناسایی کرده.

به گمان برخی، این ذرات پرانرژی می‌توانند در مرکز کهکشان خودمان تولید شده باشند، جایی که می‌دانیم در بردارنده‌ی اجرامیست که می‌توانند ذرات را تا دستکم یک میلیون میلیارد الکترون ولت شتاب دهند. [خوانده بودید: * سرچشمه پرتوهای کیهانی همچنان یک راز است]

ولی بررسی داده‌های رصدخانه‌ی پی‌یر اوژی نشان می‌دهد که یواچ‌ئی‌سی‌آرها از بیرون از کهکشان راه شیری می‌آیند. دانشمندان پس از در نظر گرفتن خمش (خم شدن، deflection) این پرتوهای کیهانی توسط میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری دریافتند که این ذرات برای رسیدن به زمین حدود ۳۲۶ میلیون سال نوری را پیموده‌اند، و از منطقه‌ای در فضای فراکهکشانی آمده‌اند که چندین چشمه‌ی احتمالی در آن وجود دارد، از جمله هسته‌های کهکشانی فعال و کهکشان‌های ستاره‌فشان.

کارل-هاینتس کامپرت، سخنگوی رصدخانه‌ی پی‌یر اوژی می‌گوید: «ما می‌توانیم نتیجه بگیریم که چشمه‌های این ذرات براستی فراکهکشانی هستند، و این نتیجه، بنیان پژوهش‌های در دست انجامی است که در آنها سرچشمه‌ی این ذرات جستجو می‌شود.»

اکنون دانشمندان برای شناسایی دقیق چشمه‌ها می‌خواهند با تلسکوپ‌های این رصدخانه وزن اتمی دقیق این پرتوهای کیهانی را اندازه بگیرند تا بتوانند خمش آنها توسط میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری را به دست آورند. برای نمونه، هسته‌های هلیوم با همان انرژی، دو برابر هسته‌های هیدروژن در این میدان خم می‌شوند. این سپس می‌تواند برای ردگیری مسیر هر پرتوی کیهانی تا رسیدن به سرچشمه‌ی آن به کار رود.

تلسکوپ‌های دیگری هم هستند که با جستجوی نوترینوهای بسیار پرانرژی و پرتوهای گاما به دنبال آشکارسازی پرتوهای کیهانی فراپرانرژی بوده‌اند. فرانسیس آلزن از دانشگاه ویسکانسین-مدیسون می‌گوید: «ما پی برده‌ایم که چگالی انرژیِ بخش‌های خشن کیهان که در پرتوهای کیهانی، نوترینوها، و پرتوهای گاما اندازه گرفته شده همگی با هم یکسانند.» آلزن که پژوهشگر اصلی رصدخانه‌ی نوترینوی آیس‌کیوب (IceCube) نیز هست می‌افزاید: «این شاید نشانگر چشمه‌های یکسانی بوده و اتفاقی نباشد.»

نوترینوها مسیرشان در میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری خم نمی‌شود، بنابراین اگر بتوانیم تعیین کنیم که اینها از همان چشمه‌هایی آمده‌اند که پرتوهای کیهانی آمده‌اند، [خواهیم توانست] از نوترینوها هم برای بهتر یافتن سرچشمه‌های مشترکشان بهره بجوییم.»

پژوهشنامه‌ی این دانشمندان در نشریه‌ی ساینس منتشر شده.

--------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

cosmic ray - galaxy - hydrogen - helium - element - Earth - electronvol - ultra-high-energy cosmic ray - UHECR - Pierre Auger Observatory - Argentinian - Milky Way - deflection - magnetic field - extragalactic space - active galactic nuclei - starburst galaxy - Karl-Heinz Kampert - atomic weight - neutrino - gamma ray - Francis Halzen - University of Wisconsin-Madison - IceCube Neutrino Observatory - Science

منبع: newscientist

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان