پرانرژی‌ترین پرتو کیهانی تا به امروز کشف شد

به گزارش شبکه اطلاع رسانی راه دانا؛ دانشمندان رصدخانه «H.E.S.S» در نامیبیا پس از بیش از یک دهه گردآوری دقیق داده‌ها، به یک کشف پیشگامانه دست یافته‌اند. آنها پرانرژی‌ترین الکترون‌های کیهانی مشاهده‌شده‌ تابه‌امروز را شناسایی کرده‌اند و روزنه‌های جدیدی را به سوی ما در درک جهان باز می‌کنند.

به نقل از اسپیس، «متیو دو نوروآ»(Mathieu de Naurois) پژوهشگر «مرکز ملی پژوهش علمی فرانسه»(CNRS) و معاون H.E.S.S گفت: پرتوهای کیهانی یک راز به عمر یک قرن هستند.

پرتوهای کیهانی اولین بار در سال ۱۹۱۲ توسط «ویکتور هس»(Victor Hess) فیزیکدان اتریشی گزارش شدند. آنها پس از صعود یک مجموعه بالن به منظور کشف تابش یونیزه که برای اولین بار در یک الکتروسکوپ شناسایی شد، کشف شدند. با وجود این، پس از رسیدن به ارتفاع ۵۳۰۰ متری، هس از یک منبع طبیعی ذرات پرانرژی در فضا رونمایی کرد. امروزه ما آن ذرات را پرتوهای کیهانی می‌نامیم.

اکنون دانشمندان H.E.S.S هیجان‌زده هستند زیرا بالاترین انرژی الکترون‌ها و پوزیترون‌ها را تابه‌امروز شناسایی کرده‌اند. این یافته‌ها هیجان‌انگیز هستند زیرا شواهد ملموسی را از فرآیندهای کیهانی شدید ارائه می‌دهند که مقادیر زیادی را از انرژی آزاد می‌کنند.

دو نوروآ گفت: درک این پرتوهای کیهانی به ما امکان می‌دهد تا از شتاب‌دهنده‌های ذرات بزرگ در جهان پرده‌برداری کنیم که اغلب با خشن‌ترین پدیده‌ها مانند انفجار ستارگان، اجرام بسیار فشرده با میدان‌های گرانشی و الکترومغناطیسی بزرگ شامل ستاره‌های نوترونی و تپ‌اخترها، ادغام‌های فاجعه‌آمیز و سیاه‌چاله‌ها مرتبط هستند.

از آنجا که الکترون‌ها در این شرایط به سرعت انرژی خود را از دست می‌دهند، گروه پژوهشی باور دارند که آنها باید نسبتا نزدیک باشند. دو نوروآ ادامه داد: در مجاورت منظومه شمسی ما، شتاب‌دهنده‌های کیهانی بسیار کارآمدی از الکترون‌ها وجود دارند. در عرض چند صد سال نوری، ستارگان زیادی به وجود می‌آیند که نزدیک‌ترین آنها معمولا دو سال نوری از زمین فاصله دارند. بنابراین، ما انتظار داریم چند ستاره مرده مانند تپ‌اخترها یا بقایای ابرنواخترها در این منطقه داشته باشیم که می‌توانند منابع این الکترون‌ها باشند.

تشخیص این الکترون‌ها و پوزیترون‌های پرانرژی با انرژی‌های چندین تراالکترون ولت بالاتر از شتاب‌دهنده‌های ذره‌ روی زمین که قادر به دستیابی به آن هستند، به چند دلیل بسیار چالش‌برانگیز بوده است.

۱. میدان‌های مغناطیسی کهکشانی باعث می‌شوند که الکترون‌ها از مسیر مستقیم منحرف شوند و از جهات به ظاهر تصادفی به زمین برسند.

۲. تجهیزات فضایی برای جذب مقدار کافی از این ذرات بسیار کوچک هستند و این تا حدی به دلیل توزیع نابرابر انرژی ذرات در فضاست.

به عبارت دیگر، منبع پرتوهای کیهانی می‌توانند ذرات را به تدریج شتاب ‌دهند و ذرات با انرژی بالاتر، احتمال بیشتری برای فرار از منظومه خود دارند. از آنجا که رسیدن به بالاترین انرژی‌ها زمان می‌برد، این امر به فراوانی ذرات کم‌انرژی و کاهش ذرات در سطوح انرژی بالاتر منجر می‌شود. دو نوروآ توضیح داد: در انرژی‌های بالا، شار پرتوهای کیهانی به سرعت سقوط می‌کند و این به این معناست که تجهیزات فضایی، تعداد بسیار کمی از آنها را جمع‌آوری می‌کنند.

از سوی دیگر، تلسکوپ‌های زمینی که پرتوهای کیهانی را به طور غیر مستقیم تشخیص می‌دهند، در تمایز قایل شدن بین الکترون‌های پرتو کیهانی از انواع بی‌شمار پرتوهای کیهانی که جو زمین را بمباران می‌کنند، مشکل دارند. دو نوروآ گفت: در مقابل، H.E.S.S دارای یک منطقه موثر بزرگ است که آن را به یک گزینه مناسب برای مطالعه انرژی بالا در طیف الکترونی تبدیل می‌کند.

رصدخانه H.E.S.S متشکل از پنج تلسکوپ بزرگ است که در منطقه‌ای به اندازه یک زمین فوتبال قرار گرفته‌اند. این رصدخانه برای ثبت باران‌های جوی طراحی شده است که «تابش چرنکوف»(Cherenkov radiation) را ساطع می‌کنند. این تشعشع زمانی رخ می‌دهد که ذرات پرانرژی با جو زمین برخورد می‌کنند و باران‌های ذرات را به وجود می‌آورند. سپس، تلسکوپ‌ها می‌توانند باران‌های ذرات را شناسایی و تحلیل کنند.

اگرچه هدف اصلی، تشخیص پرتوهای گاما و یافتن منابع آنهاست اما این گروه پژوهشی داده‌ها را برای جست‌وجوی الکترون‌های پرتو کیهانی با انرژی بالا تغییر داده‌اند. دو نوروآ گفت: الگوریتم مورد استفاده در این پژوهش براساس مقایسه پیکسل به پیکسل با استفاده از مدل‌سازی آماری پیچیده بین یک مدل از پیش محاسبه‌شده و تصاویر ثبت‌شده توسط دوربین است.

وی افزود: برای بهبود دقت، هر رصد تلسکوپ به طور کامل شبیه‌سازی شد و درک عمیق‌تری را از نحوه رفتار تجهیزات ارائه داد.

این گروه پژوهشی معتقدند تحلیل این پژوهش داده‌های مهمی را ارائه خواهد داد که به عنوان معیاری برای پژوهش‌های آینده عمل خواهند کرد.