.jpg)
الأشعة الكونية هي جسيمات عالية الطاقة، تتكون أساسًا من بروتونات ونوى ذرية، تنتقل عبر الفضاء بسرعة تقارب سرعة الضوء، وتقصف الأرض باستمرار من مصادر كونية بعيدة. على الرغم من اكتشافها منذ أكثر من قرن، إلا أن أصولها لا تزال مجهولة إلى حد كبير. تُقرّب الأبحاث الجديدة العلماء من تحديد مكان تولد هذه الجسيمات القوية وكيفية اكتسابها لهذه الطاقات الهائلة.
يكشف الباحثون عن أصول الأشعة الكونية، ويربطونها بمسرعات كونية غامضة تُسمى PeVatrons.
قد تُقرّب أبحاث جديدة أجراها علماء فيزياء فلكية في جامعة ولاية ميشيغان العلماء من حل لغز حيّرهم لأكثر من قرن: من أين تأتي الأشعة الكونية المجرية؟
الأشعة الكونية هي جسيمات عالية الطاقة تنتقل بسرعة تقارب سرعة الضوء. تنشأ هذه الجسيمات من مواقع داخل مجرة درب التبانة وخارجها، إلا أن مصادرها الدقيقة ظلت مجهولة منذ اكتشافها عام ١٩١٢.
أجرت شو تشانغ، الأستاذة المساعدة في الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ولاية ميشيغان، وفريقها البحثي دراستين حديثتين قدمتا رؤى جديدة حول أماكن تشكل هذه الجسيمات. وعُرضت النتائج في الاجتماع ٢٤٦ للجمعية الفلكية الأمريكية في أنكوريج، ألاسكا.
يُعتقد أن هذه الجسيمات النشطة تأتي من بعض أكثر بيئات الكون تطرفًا، بما في ذلك الثقوب السوداء وبقايا المستعرات العظمى والمناطق التي تولد فيها النجوم. كما تُنتج هذه الأحداث الفيزيائية الفلكية النيوترينوات، وهي جسيمات صغيرة تكاد تكون عديمة الكتلة، وتوجد في جميع أنحاء الكون وحتى هنا على الأرض.
قالت تشانغ: "الأشعة الكونية أكثر صلة بالحياة على الأرض مما تظن. يمر حوالي ١٠٠ تريليون نيوترينو كوني من مصادر بعيدة جدًا، مثل الثقوب السوداء، عبر جسمك كل ثانية. ألا تريد أن تعرف من أين أتت؟"
مُسرّعات الكون القصوى
تتمتع مصادر الأشعة الكونية بقوة هائلة تُمكّنها من تسريع البروتونات والإلكترونات إلى مستويات طاقة تتجاوز بكثير ما يُمكن تحقيقه حتى باستخدام أكثر مُسرّعات الجسيمات البشرية تطورًا. تُركز مجموعة تشانغ على هذه المُسرّعات الكونية الطبيعية، المعروفة باسم PeVatrons، لفهم مكان وجودها، ومما تتكون، وكيف تدفع الجسيمات إلى هذه الطاقات القصوى.
إنّ فهمًا أعمق لهذه الآليات يُمكن أن يُساعد في الإجابة على أسئلة جوهرية حول تطور المجرات والطبيعة الغامضة للمادة المظلمة.
صورة بالأشعة السينية لسديم رياح النجم النابض المُكتشف حديثًا والمرتبط بمصدر أشعة كونية مجري شديد 1LHAASO J0343+5254u، التُقطت بواسطة تلسكوب XMM-Newton الفضائي (DiKerby, Zhang, et al., ApJ, 983, 21).
Credit: XMM-Newton space telescope
تستكشف أحدث أوراق مجموعتها البحثية دراسات متعددة الأطوال الموجية لمرشحات PeVatron التي لا تزال مصادرها مجهولة. في الورقة الأولى، بحث ستيفن ديكيربي، طالب ما بعد الدكتوراه في مجموعة تشانغ، مرشحًا غامضًا لـ PeVatron اكتشفه مرصد زخات الهواء الكبيرة عالية الارتفاع (LHAASO)، لكن طبيعة المصدر لا تزال مجهولة. باستخدام بيانات الأشعة السينية من تلسكوب XMM-Newton الفضائي، اكتشف ديكيربي سديم رياح النجم النابض - وهو فقاعة متوسعة تحتوي على إلكترونات نسبية ومواضع ناتجة عن حقن طاقة من النجم النابض. أثبت هذا الاكتشاف أن PeVatron هذا هو نوع من سديم رياح النجم النابض كمصدر للأشعة الكونية، وهو أحد الحالات القليلة التي تمكن فيها العلماء من تحديد طبيعة PeVatrons. الطلاب يقودون الموجة القادمة
في الورقة البحثية الثانية، استخدم ثلاثة طلاب جامعيين من جامعة ولاية ميشيغان ضمن مجموعة تشانغ - وهم إيلا وير، وأميري ووكر، وشان كريم - تلسكوب سويفت للأشعة السينية التابع لوكالة ناسا لرصد انبعاثات الأشعة السينية من مصادر الأشعة الكونية LHAASO التي لم تُستكشف إلا قليلاً. قام الفريق بحساب الحدود العليا لانبعاثات الأشعة السينية، ويمكن أن يُسهم عملهم في تمهيد الطريق للدراسات المستقبلية.
قال تشانغ: "من خلال تحديد وتصنيف مصادر الأشعة الكونية، نأمل أن يُوفر جهدنا فهرسًا شاملاً لمصادر الأشعة الكونية مع تصنيفها". "يمكن أن يُشكل ذلك إرثًا لمراصد النيوترينو المستقبلية والتلسكوبات التقليدية لإجراء دراسات أكثر تعمقًا في آليات تسريع الجسيمات".
بعد ذلك، يخطط فريق تشانغ لإجراء دراسة أخرى حول مصادر الأشعة الكونية من خلال دمج البيانات التي يجمعها من مرصد آيس كيوب للنيوترينو مع تلك المأخوذة من تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة غاما. يريدون استكشاف سبب انبعاث النيوترينوات من بعض مصادر الأشعة الكونية دون غيرها، بالإضافة إلى مكان وكيفية إنتاجها. وصرح تشانغ: "سيتطلب هذا العمل تعاونًا بين فيزيائيي الجسيمات وعلماء الفلك. إنه مشروع مثالي لمجموعة فيزياء الطاقة العالية في جامعة ولاية ميشيغان".