قام فريق دولي من العلماء بإنشاء أول “كرات نارية” بلازما في العالم في السنكروترون الفائق البروتون في CERN. تم تصميم التجربة لمعرفة سبب عدم رصدنا لأشعة غاما الثانوية المنبعثة من البلازارات.

البلازارات عبارة عن مجرات نشطة مدعومة بالثقوب السوداء الهائلة التي تنبعث منها حزم ضيقة من الجسيمات والإشعاع نحو الأرض، وتتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء. تنتج هذه النفاثات إشعاع جاما مكثفًا بقوة تصل إلى عدة تيرا إلكترون فولت (1 تيرا إلكترون فولت = 10¹² (تريليون) إلكترون فولت)، والتي يتم اكتشافها بواسطة التلسكوبات الأرضية. ومع انتشار أشعة غاما TeV عبر الفضاء بين المجرات، فإنها تتشتت بواسطة إشعاع الخلفية الصادر عن النجوم، مما يؤدي إلى إنشاء شلالات من أزواج الإلكترون والبوزيترون. يجب أن تتشتت هذه الأزواج بدورها بواسطة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، مما ينتج عنه أشعة جاما ذات طاقة منخفضة (بترتيب جيجا إلكترون فولت) – لكن لا يمكن اكتشافها بواسطة تلسكوبات أشعة جاما الفضائية مثل القمر الصناعي فيرمي. ولا يزال من غير الواضح السبب.

الأشعة المفقودة

أحد التفسيرات هو أن الأزواج تنحرف عن طريق المجالات المغناطيسية الضعيفة بين المجرات، مما يؤدي إلى انحراف أشعة غاما منخفضة الطاقة عن مجال رؤيتنا. تشير فرضية أخرى، تعتمد على فيزياء البلازما، إلى أنه عند المرور عبر وسط بين المجرات المخلخل، تصبح حزم الأزواج غير مستقرة، وتولد التقلبات الطفيفة فيها مجالات مغناطيسية كافية للتشتت.

وقرروا اختبار كلتا النظريتين تجريبيًا، باستخدام تثبيت HiRadMat. تنبعث أزواج الإلكترون والبوزيترون من السنكروترون الفائق البروتون، وتم تمريرها عبر جدار بلازما يبلغ سمكه مترًا واحدًا. وهكذا، تم بناء نموذج مختبري مصغر بشكل كبير للسترة ذات المعلمات المتغيرة. نتائج البحوث سيتم نشرها في PNAS.

لقد تبين أنهم مذهلون. وخلافًا للتوقعات، ظل شعاع الأزواج ضيقًا ومتوازيًا تقريبًا، مع الحد الأدنى من الاضطراب أو المجالات المغناطيسية المستحثة ذاتيًا. عند استقراءه على المقاييس الفيزيائية الفلكية، فإن هذا يعني أن عدم استقرار حزمة البلازما أضعف من أن يفسر غياب أشعة جاما GeV – وهو ما يدعم فرضية وجود مجال مغناطيسي في الوسط بين المجرات، ومن المحتمل أن يكون خلفه الكون المبكر.

“يوضح بحثنا كيف يمكن للتجارب المعملية أن تساعد في سد الفجوة بين النظرية والملاحظة، وتعميق فهمنا للأجسام الفيزيائية الفلكية التي تمت دراستها باستخدام التلسكوبات الفضائية والأرضية. كما يسلط الضوء على أهمية التعاون بين المرافق التجريبية في جميع أنحاء العالم، وخاصة في تحقيق اختراقات في الوصول إلى الأنظمة الفيزيائية المتطرفة بشكل متزايد،” علق البروفيسور جيانلوكا جريجوري من قسم الفيزياء. جامعة أكسفورد.

أسئلة جديدة

ومع ذلك، فإن النتائج تثير أسئلة جديدة. يُعتقد أن الكون المبكر كان متجانسًا للغاية، ومن غير الواضح كيف نشأ المجال المغناطيسي في تلك الحقبة البدائية. وفقا للباحثين، قد تكمن الإجابة خارج النموذج القياسي. ومن المأمول أن توفر المرافق المستقبلية، مثل مرصد تلسكوب شيرينكوف، بيانات عالية الدقة لمزيد من اختبار هذه الأفكار.

وأضاف البروفيسور سوبير ساركار من قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد: “لقد كان من المثير للغاية المشاركة في مثل هذه التجربة المبتكرة، التي تضيف بعدًا جديدًا إلى الأبحاث المتطورة التي يتم إجراؤها في CERN – آمل أن تثير نتائجنا المثيرة اهتمام مجتمع فيزياء البلازما (الفلكية) حول إمكانيات استكشاف أسئلة الفضاء الأساسية في مختبر فيزياء الطاقة العالية الأرضي”.

“كمنظر، من المذهل أن نرى كيف تؤكد التجارب الآن وتوسع الأفكار التي كانت موجودة حتى وقت قريب فقط في عمليات المحاكاة. تُظهر هذه النتائج قوة الجمع بين الحوسبة واسعة النطاق والمرافق التجريبية الرائدة عالميًا مثل CERN لدراسة فيزياء البلازما الفضائية”، كما اختتم الفيزيائي بابلو بلباو، وهو أيضًا من أكسفورد.