يكشف الباحثون عن أصول الأشعة الكونية، ويربطونها بمسرعات كونية غامضة تسمى PeVatrons

بحث جديد أجراه علماء الفيزياء الفلكية في جامعة ولاية ميشيغان قد يقرب العلماء من حل اللغز الذي حيّرهم لأكثر من قرن: من أين تأتي الأشعة الكونية المجرية؟

الأشعة الكونية هي جسيمات عالية الطاقة تنتقل بسرعة تقارب سرعة الضوء. أنها تنشأ من مواقع داخل كل من درب التبانة وخارجها، إلا أن مصادرها الدقيقة ظلت مجهولة منذ اكتشافها عام 1912.

قادت شو تشانغ، الأستاذة المساعدة في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ولاية ميشيغان، وفريقها البحثي دراستين حديثتين تقدمان رؤى جديدة حول المكان الذي قد تتشكل فيه هذه الجسيمات. وتم تقديم النتائج في الاجتماع 246 للجمعية الفلكية الأمريكية في أنكوراج، ألاسكا.

يُعتقد أن هذه الجسيمات النشطة تأتي من بعض البيئات الأكثر تطرفًا في الكون، بما في ذلك الثقوب السوداء وبقايا المستعرات الأعظم والمناطق التي تولد فيها النجوم. تولد مثل هذه الأحداث الفيزيائية الفلكية أيضًا النيوترينوات، وهي جسيمات صغيرة عديمة الكتلة تقريبًا توجد في جميع أنحاء الكون وحتى هنا على الأرض.

وقال تشانغ: “الأشعة الكونية أكثر أهمية للحياة على الأرض مما قد تعتقد”. “يمر حوالي 100 تريليون نيوترينو كوني من مصادر بعيدة جدًا مثل الثقوب السوداء عبر جسمك كل ثانية. ألا تريد أن تعرف من أين أتت؟”

المسرعات النهائية للكون

إن مصادر الأشعة الكونية قوية جدًا لدرجة أنها تستطيع تسريع البروتونات والإلكترونات إلى مستويات طاقة تتجاوز بكثير ما هو ممكن حتى مع مسرعات الجسيمات الأكثر تقدمًا من صنع الإنسان. تركز مجموعة تشانغ على هذه المسرعات الكونية الطبيعية، المعروفة باسم PeVatrons، لفهم مكان وجودها، ومم تتكون، وكيف تدفع الجسيمات إلى مثل هذه الطاقات الشديدة.

إن اكتساب فهم أعمق لهذه الآليات يمكن أن يساعد في الإجابة على الأسئلة الأساسية حول تطور المجرات والطبيعة الغامضة للمادة المظلمة.

تستكشف أحدث الأوراق البحثية لمجموعتها دراسات الأطوال الموجية المتعددة لمرشحي PeVatron الذين ظلت مصادرهم مجهولة. في الورقة الأولىقام ستيفن ديكربي، وهو طالب ما بعد الدكتوراه في مجموعة تشانغ، بالتحقيق في مرشح PeVatron الغامض الذي اكتشفه مرصد الدش الهوائي الكبير على ارتفاعات عالية (LHAASO)، لكن طبيعة المصدر لا تزال غير معروفة. باستخدام بيانات الأشعة السينية من تلسكوب XMM-Newton الفضائي، وجد ديكيربي أ النجم النابض سديم الرياح – فقاعة متوسعة تحتوي على إلكترونات نسبية ومواضع يتم فيها حقن الطاقة من النجم النابض. أثبت هذا الاكتشاف أن PeVatron هو نوع من سديم رياح النجم النابض كمصدر للأشعة الكونية، وهو أحد الحالات القليلة التي يمكن للعلماء فيها تحديد طبيعة PeVatrons.

الطلاب يقودون الموجة القادمة

في الورقة الثانية، ثلاثة طلاب جامعيين بجامعة ولاية ميشيغان في مجموعة تشانغ – إيلا وير، وأميري ووكر، وشان كريم – استخدموا ناساتلسكوب Swift للأشعة السينية لمراقبة انبعاثات الأشعة السينية الصادرة عن مصادر الأشعة الكونية LHAASO غير المستكشفة. قام الفريق بحساب الحدود العليا لانبعاث الأشعة السينية، ويمكن أن يكون عملهم بمثابة مستكشف للدراسات المستقبلية.

وقال تشانغ: “من خلال تحديد وتصنيف مصادر الأشعة الكونية، نأمل أن توفر جهودنا فهرسًا شاملاً لمصادر الأشعة الكونية مع التصنيف”. “يمكن أن يكون ذلك بمثابة إرث لمرصد النيوترينو المستقبلي والتلسكوبات التقليدية لإجراء المزيد من الدراسات المتعمقة في آليات تسريع الجسيمات.”

بعد ذلك، يخطط فريق تشانغ لإجراء دراسة أخرى حول مصادر الأشعة الكونية من خلال الجمع بين البيانات التي يجمعها من مرصد IceCube Neutrino مع تلك من تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة جاما. إنهم يريدون استكشاف سبب انبعاث النيوترينوات من بعض مصادر الأشعة الكونية دون غيرها، بالإضافة إلى مكان وكيفية إنتاج النيوترينوات.

وقال تشانغ: “سيدعو هذا العمل إلى التعاون بين فيزيائيي الجسيمات وعلماء الفلك”. “إنه مشروع مثالي لمجموعة فيزياء الطاقة العالية في جامعة ولاية ميشيغان.”

مراجع:

“اكتشاف سديم رياح النجم النابض المرتبط بـ Galactic PeVatron 1LHAASO J0343+5254u” بقلم ستيفن ديكيربي، شو تشانغ، تولون إرجين، نعومي تسوجي، كايا موري، فابيو أسيرو، سمر صافي حرب، شونيا تاكيكاوا وجويون وو، 2 أبريل 2025. ال مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-4357/adb7e0

“ملاحظات Swift-XRT والحدود العليا في خمسة مصادر مجرية LHAASO” بقلم أميري ووكر وإيلا وير وشان كريم وستيفن ديكربي، 17 أبريل 2025، ملاحظات بحثية لـ AAS.
دوى: 10.3847/2515-5172/adccb9

يتم دعم هذا العمل من خلال العديد من منح المراقبة التابعة لناسا ومنحة تحليل IceCube من مؤسسة العلوم الوطنية.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.