في موجة من النشرات الإعلامية ، أحدثت الدراسات التي أجراها ناسا Fermi Gamma-ray Space Telescope تضيء عالم الفيزياء الفلكية للجسيمات بأخبار كيف يمكن أن تكون المستعرات الأعظمية سلف السلف للأشعة الكونية. والباقي إلكترونات ونوى ذرية. عندما يجتمعون بمجال مغناطيسي ، تتغير مساراتهم مثل سيارة الوفير في متنزه - ولكن لا يوجد شيء ممتع حول عدم معرفة أصولهم. الآن ، نجحت أربع سنوات من العمل الشاق الذي قام به العلماء في معهد كافلي للفيزياء الفلكية للجسيمات وعلم الكونيات في مختبر SLAC التابع لوزارة الطاقة (DOE). هناك أدلة على كيفية ولادة الأشعة الكونية.
قال ستيفان فونك ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد كافلي وجامعة ستانفورد ، الذي قاد التحليل: "إن طاقات هذه البروتونات تتجاوز بكثير ما يمكن أن ينتجه أقوى مصادمات الجسيمات على الأرض". "في القرن الماضي تعلمنا الكثير عن الأشعة الكونية عند وصولها إلى هنا. لقد كانت لدينا شكوك قوية حول مصدر تسارعها ، ولكن لم يكن لدينا أدلة لا لبس فيها لدعمها حتى وقت قريب ".
حتى الآن ، لم يكن العلماء واضحين بشأن بعض التفاصيل - مثل الجسيمات الذرية التي يمكن أن تكون مسؤولة عن الانبعاثات من الغاز بين النجوم. للمساعدة في أبحاثهم ، ألقوا نظرة فاحصة جدًا على زوج من أشعة غاما التي تنبعث منها بقايا مستعر أعظم - تعرف باسم IC 443 و W44. لماذا التناقض؟ في هذه الحالة ، تشترك أشعة غاما في طاقات مماثلة مع بروتونات الأشعة الكونية والإلكترونات. لتمييزها ، كشف الباحثون عن البيون المحايد ، وهو نتاج بروتونات الأشعة الكونية التي تؤثر على البروتونات العادية. عندما يحدث هذا ، يتحلل البيون بسرعة في مجموعة من أشعة جاما ، تاركًا انخفاضًا في التوقيع - وهو ما يوفر دليلاً في شكل بروتونات. تم إنشاؤها في عملية تعرف باسم تسريع فيرمي ، تظل البروتونات أسيرة في مقدمة الصدمة المتحركة بسرعة للمستعر الأعظم ولا تتأثر بالمجالات المغناطيسية. بفضل هذه الخاصية ، تمكن الفلكيون من تتبعهم مباشرة إلى مصدرهم.
قال الباحث الكبير ستيفان فونك ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد كافلي للفيزياء الفلكية للجسيمات وعلم الكونيات في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا: "الاكتشاف هو المسدس الدخاني الذي تنتجه بقايا السوبرنوفا هذه البروتونات المتسارعة". "يمكننا الآن العمل على فهم أفضل لكيفية إدارة هذا الإنجاز وتحديد ما إذا كانت العملية مشتركة بين جميع البقايا حيث نرى انبعاث أشعة جاما."
هل هم سريعون في السرعة؟ أتراهن. في كل مرة يمر فيها الجسيم عبر جبهة الصدمة ، تكتسب سرعة أكبر بنسبة 1٪ تقريبًا - وفي النهاية تكفي لتحرر شعاع كوني. وأشار فونك إلى أن "رواد الفضاء وثقوا أنهم يرون بالفعل ومضات ضوئية مرتبطة بالأشعة الكونية". "إنه أحد الأسباب التي تعجبني شجاعتهم - البيئة هناك صعبة للغاية حقًا." وأضاف فونك أن الخطوة التالية في هذا البحث هي فهم التفاصيل الدقيقة لآلية التسارع وكذلك الطاقات القصوى التي يمكن لبقايا المستعر الأعظم تسريع البروتونات.
ومع ذلك ، لا تنتهي الدراسات عند هذا الحد. ظهر المزيد من الأدلة الجديدة على بقايا المستعرات الأعظمية التي تعمل مثل مسرعات الجسيمات خلال تحليل الملاحظة الدقيق من قبل الفلكي الصربي سلادجانا نيكوليتش (معهد ماكس بلانك لعلم الفلك). ألقوا نظرة على تكوين الضوء. يشرح نيكوليتش: "هذه هي المرة الأولى التي تمكنا فيها من إلقاء نظرة تفصيلية على الفيزياء الميكروية في منطقة الصدمة وحولها. وجدنا دليلاً على وجود منطقة سلائف أمام الصدمة مباشرة ، والتي يُعتقد أنها شرط أساسي لإنتاج الأشعة الكونية. أيضا ، يتم تسخين منطقة السلائف بالطريقة التي يتوقعها المرء إذا كانت هناك بروتونات تحمل طاقة من المنطقة مباشرة خلف الصدمة. "
استخدمت نيكوليك وزملاؤها مطياف VIMOS في التلسكوب الكبير جدًا للمرصد الجنوبي الأوروبي في تشيلي لمراقبة وتوثيق قسم قصير من جبهة الصدمة في المستعر الأعظم SN 1006. تُعرف هذه التقنية الجديدة باسم التحليل الطيفي المتكامل - وهي عملية لأول مرة الذي يسمح لعلماء الفلك بفحص تكوين الضوء بدقة من بقايا المستعر الأعظم. يقول Kevin Heng من جامعة برن ، أحد المشرفين على عمل الدكتوراه لـ Nikolic: "نحن فخورون بشكل خاص بحقيقة أننا تمكنا من استخدام التحليل الطيفي المتكامل بطريقة غير تقليدية إلى حد ما ، حيث يتم استخدامه عادةً لدراسة المجرات عالية الانزياح الأحمر. من خلال ذلك ، حققنا مستوى من الدقة يتجاوز بكثير جميع الدراسات السابقة ".
إنه حقًا وقت مثير للاهتمام أن نلقي نظرة فاحصة على بقايا المستعرات الأعظمية - خاصة فيما يتعلق بالأشعة الكونية. كما يشرح نيكوليتش: "لقد كان هذا مشروعًا رائدًا. الانبعاثات التي لاحظناها من بقايا المستعر الأعظم ضعيفة جدًا مقارنة بالأشياء المستهدفة المعتادة لهذا النوع من الأدوات. الآن بعد أن عرفنا ما هو ممكن ، من المثير حقًا التفكير في مشاريع المتابعة ". يضيف جلين فان دي فين من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك ، والمشرف المشارك الآخر لنيكوليك وخبير في التحليل الطيفي الميداني المتكامل: "يمكن أن يكون هذا النوع من نهج المراقبة الجديد هو المفتاح لحل لغز كيفية إنتاج الأشعة الكونية في بقايا السوبرنوفا ".
قال روجر بلاندفورد ، مدير معهد كافلي ، الذي شارك في تحليل فيرمي ، "من المناسب أن مثل هذه المظاهرة الواضحة التي تظهر بقايا السوبرنوفا تعمل على تسريع الأشعة الكونية جاءت ونحن نحتفل بالذكرى المئوية لاكتشافها. إنها تعيد إلى أي مدى تتقدم قدراتنا على الاكتشاف بسرعة ".
مصادر القصة الأصلية والمزيد من القراءة: نهج جديد في البحث عن مسرع الجسيمات الكونية ، فيرمي من وكالة ناسا تثبت بقايا مستعر أعظم تنتج أشعة كونية ، والدليل: تأتي الأشعة الكونية من النجوم المتفجرة.
