پرتوهای کیهانی اسرارآمیز اخترشناسان را با انرژی فوق العاده بالا معما می کند - دنیای فیزیک

ذره ای پرتو کیهانی با انرژی حدود 36 میلیون برابر بیشتر از ذرات شتاب دهنده برخورد دهنده بزرگ هادرون سرن شناسایی شده است. در 244 EeV، این یکی از پرانرژی‌ترین ذرات است که تاکنون مشاهده شده است و در سال 2021 توسط آرایه تلسکوپ در یوتا مشاهده شد. در حالی که پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده (UHECR) احتمالاً توسط یک فرآیند اخترفیزیکی خشونت‌آمیز ایجاد شده است، محققان نتوانستند آن را به منشأ آن ردیابی کنند.

محققان به ذره آماتراسو که الهه خورشید در اساطیر ژاپنی است، لقب داده اند. رکورد انرژی فعلی برای UHECR 320 EeV است که توسط ذره "Oh-My-God" نگهداری می شود که در سال 1991 در یوتا توسط یک سلف آرایه تلسکوپ شناسایی شد.

UHECR ها ذرات زیر اتمی مانند پروتون ها هستند که انرژی بیش از 1 EeV دارند (10¹⁸ eV). در حالی که به نظر می رسد آنها از خارج از کهکشان راه شیری آمده اند، به دلیل نادر بودن مشاهده آنها بر روی زمین، منشأ آنها هنوز به خوبی درک نشده است.

برش کیهانی

در جستجوی منشأ UHECR ها، اخترشناسان از پدیده ای به نام برش گریزن-زاتسپین-کوزمین (GZK) سود می برند. این امر به این دلیل اتفاق می‌افتد که UHECR با انرژی‌های بالاتر از حدود 60 EeV با پس‌زمینه مایکروویو کیهانی در حین سفر در فضا تعامل می‌کنند - در حین حرکت انرژی خود را از دست می‌دهند. این بدان معناست که ذرات در این انرژی‌های بالاتر نمی‌توانند بیش از 300 میلیون سال نوری قبل از رسیدن به زمین سفر کرده باشند.

با وجود این قطع، تیم بین المللی که آماتراسو را شناسایی کرد با توجه به منشا ذره عاقلانه تر نیست توشیهیرو فوجی از دانشگاه متروپولیتن اوزاکا ژاپن - کسی که اولین کسی بود که متوجه شواهد UHECR در داده های آرایه تلسکوپ شد.

او با اشاره به اینکه این ذره با هیچ شی اخترفیزیکی شناخته شده همبستگی ندارد، گفت: «ما این راز جدید را پیدا کردیم. نوشتن در مجله علم, این تیم چندین منبع احتمالی را برای آماتراسو پیشنهاد می کند.

تاریکی و روشنایی

با نگاهی به بریدگی GZK و فرض اینکه ذره توسط میدان مغناطیسی راه شیری منحرف شده است، یکی از منشأهای احتمالی کهکشان NGC 6946 است. این کهکشان حدود 25 میلیون سال نوری از ما فاصله دارد و به دلیل شکل گیری ستاره های شگفت انگیز و ابرنواخترهای متعددش شناخته شده است. با این حال، ستاره شناسان پرتوهای گاما یا اشعه ایکس از کهکشان را مشاهده نکرده اند. مشاهده این تابش وجود یک جسم اخترفیزیکی را نشان می دهد که قادر به شتاب دادن به UHECR است. آماتراسو را همچنین می‌توان ردیابی Local Void، منطقه‌ای نزدیک با کهکشان‌ها با چگالی کم‌معمولی پیدا کرد. اما باز هم هیچ شیئی وجود ندارد که بتوان آن را به عنوان منبع شناسایی کرد.

به گفته این تیم، احتمال دیگر این است که درک ناقص ما از فیزیک ذرات فراتر از مدل استاندارد می‌تواند به این معنا باشد که آماتراسو دورتر از حد مجاز توسط GZK سفر کرده است. اگر اینطور باشد، ممکن است منشا UHECR آنقدر دور باشد که نتوانیم انتشارات الکترومغناطیسی آن را تشخیص دهیم.

به گفته فوجی، عجیب‌ترین منبع ممکن آماتراسو یک «شتاب‌دهنده تاریک» است - یک جسم فرضی که UHECR از خود ساطع می‌کند اما هیچ تشعشع دیگری ندارد.

با وجود کشف و گمانه زنی ها، رافائل آلوس باتیستایک اخترفیزیکدان در دانشگاه خودمختار مادرید گفت دنیای فیزیک که مشاهده "هیچ چیز جدیدی" را در مورد UHECR ها نشان نمی دهد.

او می‌گوید: «من محافظه‌کار هستم به این معنا که به هیچ توضیحی فراتر از مدل استاندارد نمی‌پرم». ما اجرام اخترفیزیکی داریم که می توانند این پرتوهای کیهانی پر انرژی را تولید کنند. ما فقط نمی دانیم که چگونه این اتفاق می افتد، یا این اشیاء کجا هستند، یا کدام اشیا این کار را انجام می دهند."

او همچنین خاطرنشان می‌کند که اخترشناسان درک بسیار ضعیفی از میدان‌های مغناطیسی خارج از کهکشان راه شیری دارند و همین امر عقب‌نشینی را بسیار دشوار می‌کند.

عدم قطعیت کامل

در کهکشان ما، ما واقعا [میدان مغناطیسی کهکشانی] را نمی‌شناسیم، اما حداقل دسته‌ای داریم که در محدوده‌های خاصی قرار دارد. اما، برای میدان‌های مغناطیسی اضافی کهکشانی، کاملاً نامشخص است.» باتیستا گفت.

فوجی و باتیستا هر دو موافق هستند که قبل از اینکه بتوانیم منشأ UHECR ها را درک کنیم، مشاهدات بیشتری از این رویدادهای نادر مورد نیاز است. همچنین برای درک ما از میدان های مغناطیسی برون کهکشانی به بهبودهایی نیاز است.

برخی از این مشاهدات مطمئناً توسط آرایه تلسکوپ انجام خواهد شد. این آشکارساز پرتو کیهانی بزرگترین آشکارساز پرتو کیهانی در نیمکره شمالی است و در حال حاضر در حال گسترش است تا ضریب چهار بزرگتر از مساحت فعلی خود باشد.

امروزه ذراتی مانند آماتراسو تقریباً هر 15 سال یک بار شناسایی می‌شوند، اما فوجی می‌گوید بهبود آرایه تلسکوپ می‌تواند این میزان را به هر چهار سال یک بار کاهش دهد.

تحقیق در شرح داده شده است علم.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/