الأشعة الكونية الغامضة ذات الطاقة الفائقة تحير علماء الفلك – عالم الفيزياء

تم اكتشاف جسيم من الأشعة الكونية تبلغ طاقته حوالي 36 مليون مرة أكبر من الجسيمات التي تم تسريعها بواسطة مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN. عند 244 EeV، يعد هذا واحدًا من أكثر الجسيمات نشاطًا التي تم رصدها على الإطلاق، وتم رصده في عام 2021 بواسطة مصفوفة التلسكوب في ولاية يوتا. في حين أن الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة (UHECR) ربما تكونت نتيجة لعملية فيزيائية فلكية عنيفة، إلا أن الباحثين لم يتمكنوا من تعقبها إلى أصولها.

وقد أطلق الباحثون على الجسيم اسم "أماتيراسو"، وهي إلهة الشمس في الأساطير اليابانية. سجل الطاقة الحالي لـ UHECR هو 320 EeV، الذي يحتفظ به جسيم "Oh-My-God"، الذي تم اكتشافه في عام 1991 في ولاية يوتا بواسطة سلف لمصفوفة التلسكوب.

UHECRs هي جسيمات دون ذرية مثل البروتونات التي لها طاقات أكبر من 1 EeV (10¹⁸ فولت). وبينما يبدو أنها تأتي من خارج مجرة ​​درب التبانة، إلا أن أصولها لا تزال غير مفهومة بشكل جيد بسبب ندرة مراقبتها على الأرض.

القطع الكوني

في البحث عن أصول UHECRs، يستفيد علماء الفلك من ظاهرة تسمى قطع Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). يحدث هذا لأن UHECRs ذات الطاقات الأعلى من حوالي 60 EeV تتفاعل مع خلفية الموجات الميكروية الكونية أثناء انتقالها عبر الفضاء، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة أثناء تحركها. وهذا يعني أن الجسيمات عند هذه الطاقات الأعلى لا يمكنها أن تنتقل لمسافة أبعد من حوالي 300 مليون سنة ضوئية قبل أن تصل إلى الأرض.

وعلى الرغم من هذا الانقطاع، فإن الفريق الدولي الذي اكتشف أماتيراسو ليسوا أكثر حكمة بشأن أصل الجسيم، وفقا ل توشيهيرو فوجي من جامعة أوساكا متروبوليتان اليابانية - الذي كان أول من لاحظ وجود دليل UHECR في بيانات مصفوفة التلسكوب.

وقال: «لقد وجدنا هذا اللغز الجديد»، مشيراً إلى أن الجسيم لا يرتبط بأي جسم فيزيائي فلكي معروف. الكتابة في المجلة علوم, يقترح الفريق عدة أصول محتملة لأماتيراسو.

الظلام والضوء

بالنظر إلى قطع GZK وبافتراض أن الجسيم قد انحرف بسبب المجال المغناطيسي لمجرة درب التبانة، فإن أحد الأصول المحتملة هو المجرة NGC 6946. تقع هذه المجرة على بعد حوالي 25 مليون سنة ضوئية ومعروفة بتكوين النجوم المذهل والعديد من المستعرات الأعظم. ومع ذلك، لم يلاحظ علماء الفلك أشعة غاما أو الأشعة السينية القادمة من المجرة. قد تشير مراقبة هذا الإشعاع إلى وجود جسم فيزيائي فلكي قادر على تسريع UHECRs. يمكن أيضًا تتبع أماتيراسو إلى منطقة الفراغ المحلي، وهي منطقة قريبة ذات كثافة منخفضة بشكل غير عادي من المجرات. ولكن مرة أخرى، لا يوجد أي جسم يمكن تحديده كمصدر.

وفقًا للفريق، هناك احتمال آخر وهو أن فهمنا غير الكامل لفيزياء الجسيمات بما يتجاوز النموذج القياسي قد يعني أن أماتراسو سافر لمسافة أبعد مما يسمح به قطع GZK. إذا كان هذا هو الحال، فمن الممكن أن يكون أصل UHECR بعيدًا جدًا بحيث لا يمكننا اكتشاف انبعاثاته الكهرومغناطيسية.

ووفقا لفوجي، فإن المصدر الأكثر غرابة للأماتيراسو هو "المسرع المظلم" - وهو جسم افتراضي يصدر إشعاعات UHECR ولكن لا يوجد أي إشعاع آخر.

رغم الاكتشافات والتكهنات. رافائيل ألفيس باتيستاوقال عالم الفيزياء الفلكية في جامعة مدريد المستقلة عالم الفيزياء أن الملاحظة لا تكشف عن "أي شيء جديد" حول UHECRs.

ويقول: "أنا محافظ، بمعنى أنني لن أقفز إلى أي تفسير يتجاوز النموذج القياسي". "لدينا أجسام فيزيائية فلكية يمكنها بالفعل توليد هذه الأشعة الكونية عالية الطاقة. نحن لا نعرف كيف يحدث هذا، أو أين توجد هذه الأشياء، أو ما هي الكائنات التي تفعل ذلك.

ويشير أيضًا إلى أن فهم الفلكيين ضعيف جدًا للمجالات المغناطيسية خارج مجرة ​​درب التبانة، مما يجعل التراجع أمرًا صعبًا للغاية.

عدم اليقين الكامل

"في مجرتنا، لا نعرف حقًا [المجال المغناطيسي المجري] ولكن على الأقل لدينا مؤشر على أنه يقع ضمن حدود محددة. وقال باتيستا: "لكن بالنسبة للمجالات المغناطيسية المجرية الإضافية، فإن الأمر غير مؤكد تمامًا".

يتفق كل من فوجي وباتيستا على أن هناك حاجة لمزيد من الملاحظات حول هذه الأحداث النادرة قبل أن نتمكن من البدء في فهم أصول UHECRs. هناك حاجة أيضًا إلى إدخال تحسينات على فهمنا للمجالات المغناطيسية خارج المجرة.

ومن المؤكد أن بعض هذه الملاحظات سيتم إجراؤها بواسطة مصفوفة التلسكوب. وهو أكبر كاشف للأشعة الكونية في نصف الكرة الشمالي ويجري حاليا توسيعه ليصبح أكبر بعامل أربعة من مساحته الحالية.

اليوم، يتم اكتشاف جسيمات مثل أماتيراسو مرة واحدة كل 15 عامًا تقريبًا، لكن فوجي يقول إن التحسينات في مصفوفة التلسكوب يمكن أن تقلل هذا إلى مرة واحدة كل أربع سنوات.

تم وصف البحث في علوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/