ما الذي يسرع الأشعة الكونية إلى سرعة الضوء تقريبًا؟ لقد فكر الفلك في هذا السؤال لما يقرب من 100 عام ، والآن تدعم الأدلة الجديدة نظرية تم عقدها لمدة عقدين من المرجح أن الأشعة الكونية تعمل بواسطة انفجار النجوم والرياح النجمية. قال ويستان بنبو ، عالم الفيزياء الفلكية في مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية الذي نسق هذا المشروع لنظام مصفوفة التصوير الإشعاعي النشط للغاية (VERITAS): "تم التنبؤ بهذا الاكتشاف منذ ما يقرب من 20 عامًا ، ولكن حتى الآن لم تكن هناك أداة حساسة بما يكفي لرؤيته". ) التعاون.
منذ ما يقرب من 100 عام ، اكتشف العلماء العلامات الأولى للأشعة الكونية ، التي ليست في الواقع أشعة أو أشعة ولكن جسيمات دون ذرية (معظمها بروتونات) تسقط عبر الفضاء بسرعة الضوء تقريبًا. ضربت أشعة الكونية الأكثر نشاطًا بكمة كرة سريعة بسرعة 98 ميل في الساعة ، على الرغم من أنها أصغر من الذرة. تساءل علماء الفلك عن القوة الطبيعية التي يمكنها تسريع الجسيمات بهذه السرعة.
أندر أشعة كونية تحمل أكثر من 100 مليار مرة من الطاقة التي يولدها أي معجل للجسيمات على الأرض. ابتكر الفلكيون طرقًا بارعة لاكتشاف الأشعة الكونية التي تضرب الغلاف الجوي للأرض. ومع ذلك ، فإن الكشف عن الأشعة الكونية عن بعد يتطلب المزيد من الجهد.
عثرت VERITAS على دليل جديد على الأشعة الكونية في "Cigar Galaxy" ، والمعروفة أيضًا باسم Messier 82 (M82) ، والتي تقع على بعد 12 مليون سنة ضوئية من الأرض في اتجاه كوكبة Ursa Major ، والتي تدعم بقوة منذ فترة طويلة نظرية أن المستعرات الأعظمية والرياح النجمية من النجوم الضخمة هي المسرعات المسيطرة لجسيمات الأشعة الكونية.
تحتوي المجرات ذات المستويات العالية من تكوين النجوم مثل M82 ، والمعروفة أيضًا باسم مجرات "انفجار النجوم" ، على أعداد كبيرة من المستعرات الأعظمية والنجوم الضخمة. إذا استمرت النظرية ، فيجب أن تحتوي المجرات النجمية على أشعة كونية أكثر من المجرات العادية. يؤكد اكتشاف VERITAS هذا التوقع ، مشيرًا إلى أن كثافة الأشعة الكونية في M82 تبلغ تقريبًا 500 ضعف متوسط الكثافة في مجرتنا ، درب التبانة.
قال رينيه أونغ ، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس ، والمتحدث باسم تعاون VERITAS: "يوفر هذا الاكتشاف رؤية أساسية حول أصل الأشعة الكونية".
استخدام أشعة جاما لاستنتاج الأشعة الكونية
لم يتمكن VERITAS من الكشف عن الأشعة الكونية M82 مباشرة لأنها محاصرة داخل Cigar Galaxy. بدلاً من ذلك ، بحثت VERITAS عن أدلة على وجود الأشعة الكونية: أشعة غاما. أشعة جاما هي أكثر أشكال الضوء نشاطًا ، وهي أقوى بكثير من الأشعة فوق البنفسجية أو حتى الأشعة السينية. عندما تتفاعل الأشعة الكونية مع الغاز والإشعاع بين النجوم داخل M82 ، فإنها تنتج أشعة جاما ، والتي يمكنها بعد ذلك الهروب من مجرتهم المنزلية والوصول إلى أجهزة الكشف الأرضية.
استغرق الأمر عامين من جمع البيانات المخصصة لإخراج الإشارة الضعيفة القادمة من M82.
“كنا نعلم أن الكشف عن M82 سيكون له آثار علمية مهمة. وقال بينبو نتيجة لذلك ، قمنا بجدولة تعرض طويل بشكل استثنائي فور بدء تشغيل التجربة بالكامل. "يجب تحليل البيانات بدقة لاستخراج إشارة أشعة جاما ، والتي تعد أصغر بمليون مرة من ضوضاء الخلفية. على الرغم من أن الإشارة ليست سوى جزء صغير من البيانات ، فقد أجرينا العديد من عمليات التحقق من التحيز المحتمل ونحن واثقون من أن الإشارة حقيقية. "
"يشير الكشف عن M82 إلى أن الكون مليء بمسرعات الجسيمات الطبيعية ، وبينما تستمر مراصد أشعة غاما الأرضية في التحسن ، فإن المزيد من الاكتشافات أمر لا مفر منه". قال مارتن بول ، أستاذ الفيزياء في جامعة ولاية آيوا الذي ساعد في قيادة الدراسة. الجيل القادم من مرصد أشعة غاما ، نظام التصوير بأشعة غاما المتقدم (AGIS) ، قيد التطوير بالفعل.
يتم تشغيل VERITAS بالتعاون مع أكثر من 100 عالم من 22 مؤسسة مختلفة في الولايات المتحدة وأيرلندا وإنجلترا وكندا. انقر هنا لمزيد من المعلومات حول VERITAS.
شرح صورة الرصاص: مركب من صور متعددة الموجات للمجرة النشطة M82 من هابل وتشاندرا وسبيتزر. الائتمان: NASA و ESA و CXC و JPL-Caltech
المصدر: مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية
