- إنضم
- 11/12/18
- المشاركات
- 24,695
- التفاعلات
- 58,510
وصل شعاع كوني أو جسيم من خارج المجرة عالي الطاقة من الفضاء إلى سطح الأرض، لكن من غير المعروف من أين أتى أو ما هو بالضبط. وعلى الرغم من أنها قد تبدو وكأنها خيال علمي، إلا أن هذه الظاهرة حدثت وتم تسجيلها من قبل فريق دولي من الباحثين بقيادة البروفيسور توشيهيرو فوجي من جامعة أوساكا ميتروبوليتان (اليابان).
إن ما يسمى بالأشعة الكونية فائقة الطاقة (UHECR) نادرة للغاية: يمكنها الوصول إلى أكثر من إكسا إلكترون فولت (EeV)، وهو ما يزيد بحوالي مليون مرة عن أقوى مسرعات الجسيمات التي صنعها الإنسان.
الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية جدًا مثل هذه نادرة جدًا
على الرغم من أن الطاقة المنخفضة تأتي بشكل رئيسي من الشمس، إلا أنه يُعتقد أن أصل UHECR مرتبط بالظواهر الأكثر نشاطًا في الكون، مثل الثقوب السوداء وانفجارات أشعة جاما ونواة المجرة النشطة. ومع ذلك، فإن الكثير من آليات الفيزياء والتسارع لهذه الجسيمات لا تزال غير معروفة.
ولمطاردة هذه الأشعة، يقوم فوجي وفريق علمي من عدة دول بتنفيذ تجربة مصفوفة التلسكوب منذ عام 2008. ويتكون هذا النظام المتخصص في الأشعة الكونية من 507 محطة مزودة بكاشفات وميضية، تغطي مساحة واسعة تبلغ 700 كيلومتر مربع في صحراء يوتا (الولايات المتحدة الأمريكية).
تجربة محطات مصفوفة التلسكوب قبل توزيعها في صحراء يوتا (الولايات المتحدة الأمريكية). / معهد أبحاث الأشعة الكونية بجامعة طوكيو
نظرًا لأن وصول UHECR الأكثر نشاطًا نادر جدًا - تشير التقديرات إلى أنه أقل من جسيم واحد لكل قرن وكيلومتر مربع - فإن اكتشافها يتطلب أدوات ذات مناطق تجميع كبيرة مثل هذه. يتم بعد ذلك نقل بياناتك تلقائيًا إلى خوادم في اليابان ودول التعاون الدولي الأخرى.
الشعاع الكوني الثاني ذو طاقة أكبر
وهكذا، في 27 مايو 2021، اكتشف الباحثون جسيمًا بمستوى طاقة يبلغ 244 إلكترون فولت، كما ورد في مجلة Science. يتذكر فوجي: "عندما اكتشفت هذا الشعاع الكوني عالي الطاقة لأول مرة، اعتقدت أنه لا بد أن يكون خطأً، لأنه أظهر مستوى طاقة غير مسبوق في العقود الثلاثة الماضية".
يمكن مقارنة مستوى الطاقة هذا بأكثر الأشعة الكونية نشاطًا التي تم رصدها على الإطلاق، والملقب بجسيم يا إلهي، والذي كانت طاقته تقدر بـ 320 إي إلكترون فولت عندما تم اكتشافه في عام 1991. وقد تم العثور عليه الآن، مع 244 إي إلكترون فولت، ليصبح ثاني مستوى من الطاقة. الأكثر نشاطا.
كان للأشعة الكونية المكتشفة طاقة تقدر بـ 244 إلكترون فولت. / جامعة أوساكا ميتروبوليتان/إل-إنسايت، جامعة كيوتو/ريوونوسوكي تاكيشيغي
نظرًا للطاقة العالية بشكل استثنائي لهذا الجسيم، لاحظ المؤلفون أنه يجب أن يواجه فقط انحرافات صغيرة نسبيًا بواسطة المجالات المغناطيسية الأمامية، وبالتالي من المتوقع أن يكون مسار دخوله من الفضاء مرتبطًا بشكل وثيق بمصدره.
يشير إلى فجوة في بنية الكون
ومع ذلك، أظهرت النتائج أن اتجاه وصولها لا يُظهر أي مجرة مصدر واضحة، ولا أي جسم فلكي معروف آخر يعتبر مصدرًا محتملاً لـ UHECR. وبدلا من ذلك، فإنه يشير إلى فجوة في البنية واسعة النطاق للكون، وهي منطقة يوجد فيها عدد قليل جدا من المجرات.
أماتيراسو، تكريما لإلهة الشمس
ربما يكون جسيم أماتراسو غامضًا مثل الإلهة اليابانية نفسها: من أين يأتي؟ ماذا بالضبط؟
ومن بين المرشحين الكثيرين لتسمية الجسيم، استقر البروفيسور فوجي وزملاؤه على اسم "أماتيراسو"، تكريما لإلهة الشمس التي لعبت، وفقا لمعتقدات الشنتو، دورا حاسما في إنشاء اليابان.
ربما يكون جسيم أماتيراسو غامضًا مثل الإلهة اليابانية نفسها. حيث أنها لا تأتي من؟ ماذا بالضبط؟ تظل هذه الأسئلة بلا إجابة، على الرغم من أن المؤلفين يثقون في أن اكتشافهم سيمهد الطريق لتوضيح أصول الأشعة الكونية، وتحديدًا هذا الأشعة.
فرضية حول أصلها الغامض
يمكن أن تشير النتائج إلى أن هناك انحرافًا مغناطيسيًا أكبر بكثير مما تنبأت به نماذج المجال المغناطيسي المجري، أو أن الجسيم يأتي من مصدر غير معروف حتى الآن في الجوار المحلي خارج المجرة، أو حتى أن الفهم الحالي لفيزياء الجسيمات عالية الطاقة يرتبط مع هذه الأشعة غير مكتملة.
"لم يتم تحديد أي جسم فلكي واعد يطابق الاتجاه الذي وصل منه الشعاع الكوني، مما يشير إلى احتمالات وجود ظواهر فلكية غير معروفة وأصول فيزيائية جديدة"، كما يعكس فوجي.
يوضح البروفيسور الياباني لـSINC: "قد يكون مرتبطًا بظواهر نشطة للغاية، مثل انفجارات أشعة جاما أو نوى المجرة النشطة، ولكن هناك احتمال آخر وهو التفكير في سيناريو غريب مثل تفكك المادة المظلمة فائقة الثقل، أو جسيم جديد، من فيزياء غير معروفة خارج النموذج القياسي."
وبالإضافة إلى الاستمرار في تشغيل تجربة مصفوفة التلسكوب، يتوقع الباحث الخطوات التالية: "نحن بحاجة إلى عدد كبير من الجسيمات النشطة من هذا النوع من خلال أخذ المزيد من البيانات وتحديث تجربتنا، التي تسمى TAx4، بحساسيات رباعية، وأيضا جديد هناك حاجة إلى مرصد جيلي لتوضيح مصدر هذا الشعاع الكوني النشط والغامض.
