تلسكوبات يوتا تعترض الأشعة الكونية فائقة القوة

اكتشف علماء من مجموعة التلسكوبات التعاونية شعاعًا كونيًا عالي الطاقة، وهو اكتشاف يتحدى فهمنا الحالي للظواهر الكونية الغريبة وأصولها.

في يذاكر نشرت اليوم في مجلة العلوم التعاون في صفيف التلسكوب أبلغ عن اكتشاف شعاع كوني ذو طاقة فائقة (UHECR للاختصار)، والذي يظهر مستوى طاقة يبلغ حوالي 244 إكسا إلكترون فولت، أو ما يقرب من 40 جول. يمثل هذا القياس، الذي تم إجراؤه بواسطة مجموعة كاشف سطحي في ولاية يوتا، أحد أعلى مستويات الطاقة التي تم رصدها على الإطلاق للأشعة الكونية. في السياق، فإن مستوى الطاقة المرصود هذا أعلى بحوالي مليون مرة مما يمكن أن تنتجه أقوى مسرعات الجسيمات التي صنعها الإنسان، وفقًا للباحثين.

مشروع مصفوفة التلسكوب هو جهد مشترك يضم جامعات ومؤسسات من الولايات المتحدة واليابان وكوريا وروسيا وبلجيكا، والغرض منه هو مراقبة “زخات الهواء” الناجمة عن الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية للغاية. يتعرض كوكبنا، غير المرئي بالعين المجردة، للقصف المستمر بهذه الأشعة الكونية، التي تنشأ من مصادر محلية داخل مجرتنا ومن مناطق بعيدة خارج المجرة. لكي نكون واضحين، لا داعي للقلق بشأن هذه الأشعة الفضائية؛ يوفر الغلاف الجوي للأرض والمجال المغناطيسي حماية فعالة ضد الأشعة الكونية، مما يقلل بشكل كبير من قدرتها على التسبب في ضرر للإنسان وأشكال الحياة الأخرى.

ال مصفوفة التلسكوب في ولاية يوتا يكتشف الأشعة الكونية النادرة للغاية وعالية الطاقة باستخدام شبكة مكونة من 507 محطة كشف منتشرة على مساحة 270 ميلاً مربعاً (700 كيلومتر مربع). تلتقط هذه المحطات الجسيمات الثانوية التي تتشكل عندما تضرب الأشعة الكونية الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى إنشاء زخات هوائية واسعة النطاق (EAS). يشتمل النظام على وميضات بلاستيكية تتوهج عندما تمر الجزيئات المشحونة من خلالها وكاشفات فلورية لقياس طاقة EAS. تساعد البيانات الواردة من المحطات، والتي تم تحليلها باستخدام توقيت GPS وعمليات المحاكاة، في تحديد طاقة الأشعة الكونية وكتلتها واتجاه وصولها، على الرغم من ندرة حدوثها.

في الواقع، تعتبر UHECRs مثل تلك الموصوفة في الدراسة الجديدة نادرة بشكل لا يصدق ويعتقد أنها تنشأ من العمليات الأكثر نشاطًا في الكون، مثل الثقوب السوداء وانفجارات أشعة جاما. ونظرًا لقلة وصولها – أقل من مرة واحدة كل قرن لكل كيلومتر مربع – فإن هذه الأشعة الكونية تتطلب أجهزة كشف كبيرة للمراقبة. وبالتالي فإن حدث مايو 2021 يمثل أهمية كبيرة لأبحاث الأشعة الكونية.

ولا يزال مصدر هذا الشعاع الكوني خارج المجرة، الذي تم اكتشافه في 27 مايو 2021، لغزا، حيث أن اتجاهه الوارد لا يتوافق مع أي جسم فلكي معروف. يشير مسار وصول الشعاع الكوني، الواقع بالقرب من قرص مجرة ​​درب التبانة، إلى أنه من المحتمل أنه لم يواجه سوى انحرافات طفيفة عند مروره عبر المجالات المغناطيسية (التي توجد في كل مكان في جميع أنحاء المجرة، سواء كانت مجالات مغناطيسية واسعة النطاق أو مجالات مغناطيسية محلية تولدها النجوم). بقايا المستعرات الأعظم، والأجرام السماوية الأخرى). ويقول الباحثون إن هذا يعني أن الشعاع الكوني من المحتمل أن يكون قد سافر بشكل مباشر تقريبًا من حيث أتى.

ومع ذلك، فإن اتجاه مصدره لا يرتبط بأي مجرات معروفة أو أجسام فلكية مرتبطة عادةً بـ UHECRs. وبدلاً من ذلك، يبدو أنها نشأت من فراغ في بنية الكون، وهي منطقة فارغة بها عدد قليل جدًا من المجرات. بالنسبة لكم أيها المهووسون بعلم الفلك، فإن هذا هو الفراغ المحلي على وجه التحديد، وهو فجوة فارغة بين المجموعة المحلية من المجرات وخيوط البنية واسعة النطاق القريبة؛ تم توثيق عدد قليل جدًا من المجرات داخل هذا الفراغ، ولم يعتبر الباحثون أن أيًا منها قادر على إطلاق مثل هذا الأشعة الكونية القوية.

مقالات لها صلة: هابل يلتقط صورة رائعة للمجرة الوحيدة في الكون

وفقًا للورقة البحثية، فإن المسار الوارد غير المتوقع للأشعة الكونية يمكن أن يكون نتيجة لإعادة توجيهها بشكل كبير بواسطة المجالات المغناطيسية الأقرب إلينا، أو ربما نشأ من جسم فلكي لم يتم اكتشافه بعد بالقرب من مشارف مجرتنا. وبدلاً من ذلك، يمكن أن يكشف هذا الشذوذ عن ثغرات في فهمنا الحالي للفيزياء التي تحكم مثل هذه الجسيمات عالية الطاقة، كما يتوقع علماء الفلك.

لمزيد من التحقيق، قارن الباحثون الحدث مع UHECRs المرصودة الأخرى التي تزيد عن 100 إكسا إلكترون فولت، أو EeV، ووجدوا توزيعًا متناحيًا، مما يعني أن هذه الأشعة الكونية تبدو وكأنها تأتي من جميع الاتجاهات في الفضاء بالتساوي، دون تجمع. ويضيف هذا النمط الخواص طبقة أخرى من التعقيد في تحديد أصولها.

تاريخيًا، تم اكتشاف أشعة كونية أخرى عالية الطاقة، مثل جسيم 320 إلكترون فولت في عام 1991، وجسيم 213 إلكترون فولت في عام 1993، وجسيم 280 إلكترون فولت في عام 2001، وكلها في نصف الكرة الشمالي. لم يسجل نصف الكرة الجنوبي أحداثًا تزيد عن 166 إلكترون فولت. تعتبر هذه المقارنات حيوية لفهم توزيع وأصل مثل هذه الأحداث عالية الطاقة، لذلك نأمل أن توفر الملاحظات المستقبلية مزيدًا من الأفكار وربما تكشف عن أنماط أو مصادر جديدة.

وفي حين أن هذا الاكتشاف مهم لأبحاث الأشعة الكونية، فإنه يثير أسئلة أكثر من الإجابات حول أصول وآليات هذه الجسيمات عالية الطاقة. تقدم النتائج التي توصلت إليها تجربة مصفوفة التلسكوب منظورًا جديدًا لأسرار الكون، لكنها تؤكد أيضًا اتساع نطاق المجهول في الفيزياء الفلكية.

أكثر: الإشعاع الكوني ذو الطاقة الأعلى يأتي من مصدر غامض خارج مجرتنا