کشف راز جدید انرژی شگفت‌انگیز پرتوهای کیهانی

منشاء پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده بالا

پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده بالا که در محیط‌های نجومی شدید، مانند نواحی پرآشوب نزدیک به سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی شکل می‌گیرند، انرژی بسیار بیشتری نسبت به ذرات پرانرژی که از خورشید ما خارج می‌شوند، دارند. در واقع، ذرات تشکیل‌دهنده این جریانات انرژی حدود ۱۰ میلیون بار بیشتر از انرژی ذراتی هستند که در شدیدترین محیط‌های ذره‌ای روی زمین، یعنی برخورددهنده بزرگ هادرون، شتاب می‌گیرند. حال سوال اینجاست که این انرژی از کجا می‌آید؟

سال‌ها دانشمندان بر این باور بودند که این انرژی ناشی از شوک‌هایی است که در محیط‌های نجومی شدید رخ می‌دهد؛ به عنوان مثال، زمانی که یک ستاره قبل از تبدیل شدن به سیاه‌چاله منفجر می‌شود و انفجاری بزرگ به وجود می‌آورد که ذرات را به حرکت درمی‌آورد. این نظریه قابل قبول بود، اما طبق تحقیقات جدیدی که این هفته در مجله نامه‌های نجوم منتشر شد، مشاهدات به طرز بهتری با مکانیزمی متفاوت توضیح داده می‌شوند.

محققان دریافتند که منبع انرژی پرتوهای کیهانی احتمالاً ناشی از آشفتگی‌های مغناطیسی است. نویسندگان این مقاله متوجه شدند که میدان‌های مغناطیسی در این محیط‌ها به هم می‌پیچند و تغییر می‌کنند، که باعث شتاب سریع ذرات و افزایش ناگهانی انرژی آن‌ها تا یک نقطه قطع ناگهانی می‌شود.

کشف‌های جدید در زمینه پرتوهای کیهانی

لuca Comisso، دانشمند پژوهشگر در آزمایشگاه اخترفیزیک کلمبیا و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «این یافته‌ها به حل سوالاتی کمک می‌کند که برای اخترفیزیک‌دانان و فیزیک‌دانان ذرات بسیار جالب است، درباره اینکه این پرتوهای کیهانی چگونه انرژی خود را به دست می‌آورند.» این مقاله، تحقیقاتی را که سال گذشته توسط Comisso و همکارانش در مورد ذرات پرانرژی خورشید منتشر شده بود، تکمیل می‌کند. آن‌ها همچنین دریافتند که این ذرات از میدان‌های مغناطیسی در تاج خورشید ناشی می‌شوند.

در آن مقاله، Comisso و همکارانش روش‌هایی را برای پیش‌بینی بهتر محل ظهور این ذرات پرانرژی کشف کردند. پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده بالا، به مراتب قدرتمندتر از ذرات پرانرژی خورشید هستند: این پرتوها می‌توانند به ۱۰²⁰ الکترون ولت برسند، در حالی که ذرات خورشید می‌توانند به ۱۰¹⁰ الکترون ولت برسند که این یک تفاوت ۱۰ مرتبه‌ای است. (برای درک این تفاوت وسیع، می‌توان به تفاوت وزن بین یک دانه برنج با جرم حدود ۰.۰۵ گرم و یک ایرباس A380 با وزن ۵۰۰ تن، بزرگ‌ترین هواپیمای مسافربری جهان، اشاره کرد.)

Comisso ادامه داد: «جالب است که این دو محیط کاملاً متفاوت، یک ویژگی مشترک دارند: میدان‌های مغناطیسی آن‌ها به شدت درهم‌تنیده است و این طبیعت درهم‌تنیده برای انرژی‌دهی به ذرات حیاتی است.»

گلنز R. فارار، یکی از نویسندگان این مقاله و استاد فیزیک در دانشگاه نیویورک، گفت: «به طرز شگفت‌انگیزی، داده‌های مربوط به پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده بالا به وضوح پیش‌بینی‌های ناپایداری مغناطیسی را نسبت به شتاب‌دهی شوک ترجیح می‌دهد. این یک پیشرفت واقعی برای این حوزه است.»

این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده حمایت شده است.