تحقیقات جدید اخترفیزیکدانان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) می‌تواند دانشمندان را به حل معمایی که بیش از یک قرن آن‌ها را متحیر کرده است، نزدیک‌تر کند: پرتوهای کیهانی کهکشانی از کجا می‌آیند؟!
پرتوهای کیهانی، ذرات پرانرژی هستند که تقریباً با سرعت نور حرکت می‌کنند. آن‌ها از مکان‌هایی در داخل کهکشان راه شیری و فراتر از آن سرچشمه می‌گیرند، با این حال منابع دقیق آن‌ها از زمان کشف در سال ۱۹۱۲ ناشناخته باقی مانده است.
شوو ژانگ، استادیار فیزیک و نجوم در MSU، و تیم تحقیقاتی او اخیراً دو مطالعه را رهبری کردند که بینش‌های جدیدی در مورد محل تشکیل این ذرات ارائه می‌دهند. یافته‌ها در دویست و چهل و ششمین نشست انجمن نجوم آمریکا در آنکوریج، آلاسکا، ارائه شد.
اعتقاد بر این است که این ذرات پرانرژی از برخی از شدیدترین محیط‌های جهان، از جمله سیاهچاله‌ها، بقایای ابرنواخترها و مناطقی که ستارگان در آن‌ها متولد می‌شوند، سرچشمه می‌گیرند. چنین رویدادهای اخترفیزیکی نوترینوها را نیز تولید می‌کنند؛ نوترینوها ذرات کوچک و تقریباً بدون جرمی هستند که در سراسر کیهان و حتی همین‌جا روی زمین یافت می‌شوند.
ژانگ می‌گوید:
پرتوهای کیهانی بسیار بیشتر از آنچه فکر می‌کنید با زندگی روی زمین مرتبط هستند. حدود ۱۰۰ تریلیون نوترینوی کیهانی از منابع بسیار دور، مانند سیاهچاله‌ها، هر ثانیه از بدن شما عبور می‌کنند. آیا نمی‌خواهید بدانید آن‌ها از کجا آمده‌اند؟
شتاب‌دهنده‌های نهایی جهان
منابع پرتوهای کیهانی به قدری قدرتمند هستند که می‌توانند پروتون‌ها و الکترون‌ها را تا سطوح انرژی‌ای شتاب دهند که به مراتب فراتر از توان پیشرفته‌ترین شتاب‌دهنده‌های ذرات ساخت بشر است. گروه ژانگ بر این شتاب‌دهنده‌های طبیعی کیهانی که با نام پواترون‌ها (PeVatrons) شناخته می‌شوند، تمرکز دارد تا بفهمند کجا وجود دارند، از چه چیزی ساخته شده‌اند و چگونه ذرات را تا چنین انرژی‌های شدیدی به حرکت در می‌آورند.
کسب درک عمیق‌تر از این سازوکارها می‌تواند به پاسخ دادن به پرسش‌های اساسی در مورد تکامل کهکشان‌ها و ماهیت اسرارآمیز ماده تاریک کمک کند.
آخرین مقالات گروه او به بررسی‌های چندطولی موجی (multi-wavelength studies) از کاندیداهای پواترون می‌پردازد که منابعشان ناشناخته باقی مانده بود. در مقاله اول، استفن دایکرنی، دانشجوی فوق دکترا در گروه ژانگ، یک کاندیدای مرموز پواترون را که توسط رصدخانه بزرگ دوش هوایی با ارتفاع بالا (LHAASO) کشف شده بود، بررسی کرد، اما ماهیت منبع هنوز نامعلوم بود. دایکرنی با استفاده از داده‌های پرتو ایکس تلسکوپ فضایی XMM-Newton، یک سحابی باد تپ‌اختر را کشف کرد – یک حباب در حال انبساط حاوی الکترون‌های نسبیتی و پوزیترون‌هایی که انرژی خود را از یک تپ‌اختر دریافت می‌کنند. این کشف، این پواترون را به عنوان نوعی منبع پرتو کیهانی از جنس سحابی باد تپ‌اختر تثبیت کرد و یکی از معدود مواردی است که دانشمندان توانسته‌اند ماهیت پواترون‌ها را شناسایی کنند.
دانشجویان، رهبران موج بعدی
در مقاله دوم، سه دانشجوی کارشناسی MSU در گروه ژانگ – الا وِر، امیری واکر، و شان کریم – از تلسکوپ پرتو ایکس سوئیفت ناسا برای مشاهده انتشار پرتو ایکس از منابع پرتو کیهانی LHAASO که کمتر مورد بررسی قرار گرفته بودند، استفاده کردند. این تیم محدودیت‌های بالایی را برای انتشار پرتو ایکس محاسبه کردند و کار آن‌ها می‌تواند به عنوان یک پیشگام برای مطالعات آینده عمل کند.
ژانگ اظهار داشت:
امیدواریم از طریق شناسایی و طبقه‌بندی منابع پرتو کیهانی، تلاش ما بتواند یک فهرست جامع از منابع پرتو کیهانی همراه با طبقه‌بندی ارائه دهد. این می‌تواند به عنوان میراثی برای رصدخانه‌های نوترینویی آینده و تلسکوپ‌های سنتی باشد تا مطالعات عمیق‌تری در مورد مکانیسم‌های شتاب‌دهی ذرات انجام دهند.
در ادامه، تیم ژانگ قصد دارد با ترکیب داده‌های جمع‌آوری‌شده از رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب (IceCube) با داده‌های تلسکوپ‌های پرتو ایکس و گاما، به مطالعه دیگری در مورد منابع پرتو کیهانی بپردازد. آن‌ها می‌خواهند بررسی کنند که چرا برخی منابع پرتو کیهانی نوترینو ساطع می‌کنند اما برخی دیگر نه، و همچنین نوترینوها کجا و چگونه تولید می‌شوند.
ژانگ گفت:
این کار مستلزم همکاری بین فیزیکدانان ذرات و ستاره‌شناسان خواهد بود. این یک پروژه ایده‌آل برای گروه فیزیک MSU است.
منبع: Scitechdaily
