منشأ مرموز امواج کیهانی: ۱۰۰ میلیون برابر قوی‌تر از برخورددهنده اتمی!

منشأ امواج کیهانی با انرژی سرسام‌آور

امواج کیهانی با اون انرژی فوق‌العاده بالاشون، که توی محیط‌های کیهانیِ پرهرج‌ومرج و شدید شکل می‌گیرن، مثل مناطقی که دور و بر سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی هستن، کلی انرژی بیشتری نسبت به ذرات پرانرژی که از خورشید خودمون میان، دارن. در واقع، ذراتی که این جریانات انرژی رو می‌سازن، تقریباً ده میلیون برابر بیشتر از ذرات توی خفن‌ترین محیط‌های ذره‌ای روی زمین، یعنی اون برخورددهنده بزرگ هادرون، انرژی دارن. حالا سوال اینه که این همه انرژی از کجا میاد؟

سال‌ها دانشمندا فکر می‌کردن که این قضیه برمی‌گرده به شوک‌هایی که توی محیط‌های کیهانی سخت پیش میاد؛ مثلاً وقتی یه ستاره قبل از اینکه تبدیل به یه سیاه‌چاله بشه منفجر میشه و یه انفجار عظیم راه می‌اندازه که کلی ذره رو به حرکت درمی‌آره. این نظریه تا حدی منطقی بود، ولی طبق تحقیقات جدیدی که این هفته توی مجله نامه‌های نجوم منتشر شد، به‌نظر می‌رسه مشاهدات رو بهتر با یه مکانیسم دیگه میشه توضیح داد.

محققین به این نتیجه رسیدن که احتمالاً منبع انرژی این امواج کیهانی، تلاطم‌های مغناطیسی هستن. نویسنده‌های این مقاله دیدن که میدان‌های مغناطیسی توی این محیط‌ها کلافه میشن و تغییر می‌کنن، که این باعث میشه ذرات با سرعت زیادی شتاب بگیرن و انرژی‌شون یهو تا یه حد غیرمنتظره‌ای بره بالا.

آخرین کشفیات در مورد امواج کیهانی

لوکا کومیسو، دانشمند پژوهشگر توی آزمایشگاه اخترفیزیک کلمبیا و یکی از نویسنده‌های این مقاله، گفت: «این یافته‌ها به حل سوالاتی که برای اخترفیزیک‌دان‌ها و فیزیک‌دان‌های ذرات خیلی جذاب هستن، کمک می‌کنه. سوالاتی مثل اینکه این امواج کیهانی چطور انرژی به دست میارن.» این مقاله در واقع ادامه‌ی تحقیقاتی هست که سال پیش کومیسو و همکاراش درباره‌ی ذرات پرانرژی خورشید چاپ کرده بودن. اونا هم فهمیده بودن که این ذرات از میدان‌های مغناطیسی توی تاج خورشیدی میان.

توی اون مقاله، کومیسو و همکاراش راهکارهایی هم پیدا کردن که بشه باهاشون مکان ظهور این ذرات پرانرژی رو بهتر پیش‌بینی کرد. امواج کیهانی با اون انرژی خارق‌العاده‌شون، خیلی قوی‌تر از ذرات پرانرژی خورشیدن: این امواج میتونن تا ۱۰²⁰ الکترون‌ولت انرژی داشته باشن، در حالی که ذرات خورشید نهایتاً به ۱۰¹⁰ الکترون‌ولت می‌رسن که یه اختلاف ده برابریه. (برای اینکه این تفاوت بزرگ رو بهتر حس کنید، میشه به تفاوت وزن یه دونه برنج با حدود ۰.۰۵ گرم و یه ایرباس A380 با وزن ۵۰۰ تن، که بزرگترین هواپیمای مسافربری دنیائه، فکر کنید.)

کومیسو ادامه داد: «جالبه که این دو تا محیط کاملاً متفاوت یه ویژگی مشترک دارن: میدان‌های مغناطیسیشون خیلی درهم‌تنیده‌ست و این درهم‌تنیدگی برای انرژی‌دهی به ذرات حیاتیه.»

گلنز ر. فارار، یکی از نویسنده‌های این مقاله و استاد فیزیک توی دانشگاه نیویورک، گفت: «باورنکردنیه که داده‌های مربوط به امواج کیهانی با اون انرژی فوق‌العاده بالا، به‌وضوح از پیش‌بینی‌های بی‌ثباتی مغناطیسی نسبت به شتاب‌دهی شوکی پشتیبانی می‌کنن. این یه پیشرفت واقعی برای این حوزه‌ست.»

این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده حمایت شده.