ضربت السماء راديو التردد المنخفض في وقت الأشعة الكونية. حقوق الصورة: MPIFR. اضغط للتكبير.
باستخدام تجربة LOPES ، سجل نموذج أولي من التلسكوب الراديوي الجديد عالي التقنية LOFAR للكشف عن جزيئات الأشعة الكونية عالية الطاقة للغاية ، مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية ، بالتعاون مع Max-Planck-Gesellschaft و Helmholtz-Gemeinschaft ، سجلت ألمع وأسرع انفجارات الراديو التي شوهدت في السماء. الانفجارات ، التي تم الكشف عن اكتشافها في عدد هذا الأسبوع من مجلة Nature ، عبارة عن ومضات دراماتيكية من ضوء الراديو تظهر أكثر إشراقًا بأكثر من 1000 مرة من الشمس وأسرع مليون مرة تقريبًا من البرق العادي. ولحظة قصيرة جدًا ، أصبحت هذه الومضات - التي لم يلاحظها أحد إلى حد كبير حتى الآن - هي ألمع ضوء في السماء بقطر ضعف حجم القمر.
أظهرت التجربة أن الومضات الراديوية يتم إنتاجها في الغلاف الجوي للأرض بسبب تأثير أكثر الجسيمات نشاطًا في الكون. تسمى هذه الجسيمات بالأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة وأصلها هو لغز مستمر. يأمل علماء الفيزياء الفلكية الآن أن يلقي اكتشافهم ضوءًا جديدًا على سر هذه الجسيمات.
استخدم العلماء مجموعة من الهوائيات الراديوية ومجموعة كبيرة من كاشفات الجسيمات في تجربة KASCADE-Grande في Forschungszentrum Karlsruhe. أظهروا أنه كلما ضرب جسيم كوني نشط للغاية الغلاف الجوي للأرض ، تم تسجيل نبضة راديوية مقابلة من اتجاه الجسيم الوارد. باستخدام تقنيات التصوير من علم الفلك الراديوي ، أنتجت المجموعة تسلسلات أفلام رقمية لهذه الأحداث ، مما أدى إلى إنتاج أسرع الأفلام على الإطلاق في علم الفلك الراديوي. زودتهم كاشفات الجسيمات بالمعلومات الأساسية حول الأشعة الكونية القادمة.
استطاع الباحثون أن يثبتوا أن قوة الإشارة الراديوية المنبعثة هي مقياس مباشر لطاقة الأشعة الكونية. يقول الأستاذ هينو فالكي من مؤسسة هولندا للأبحاث في علم الفلك (أسترون) ، وهو المتحدث باسم تعاون لوبس: "من المدهش أنه باستخدام هوائيات راديو FM بسيطة يمكننا قياس طاقة الجسيمات القادمة من الكون". ويضيف: "إذا كانت لدينا عيون راديوية حساسة ، فسنرى السماء تتألق بمضات الراديو".
استخدم العلماء أزواج من الهوائيات مماثلة لتلك المستخدمة في أجهزة استقبال راديو FM العادية. يشرح ديبل قائلاً: "الاختلاف الرئيسي في أجهزة الراديو العادية هو الإلكترونيات الرقمية وأجهزة الاستقبال واسعة النطاق ، والتي تتيح لنا الاستماع إلى العديد من الترددات في وقت واحد". فيز. أندرياس هورنفر ، طالب دراسات عليا في جامعة بون وكلية أبحاث ماكس بلانك الدولية (IMPRS) ، الذي قام بتركيب الهوائيات كجزء من مشروع الدكتوراه.
من حيث المبدأ ، فإن بعض ومضات الراديو المكتشفة تكون في الواقع قوية بما يكفي للقضاء على استقبال الراديو أو التلفزيون التقليدي لفترة قصيرة. لإثبات هذا التأثير ، حولت المجموعة استقبالها اللاسلكي لحدث أشعة كونية إلى مسار صوتي (انظر أدناه). ومع ذلك ، نظرًا لأن الومضات تستمر فقط لمدة 20-30 نانو ثانية فقط ، ولا تحدث الإشارات الساطعة إلا مرة واحدة في اليوم ، فمن الصعب التعرف عليها في الحياة اليومية.
وأظهرت التجربة أيضًا أن الانبعاثات الراديوية تختلف في شدتها بالنسبة لاتجاه المجال المغناطيسي للأرض. أثبتت هذه النتائج وغيرها من التوقعات الأساسية التي تم إجراؤها في الحسابات النظرية في وقت سابق من قبل البروفيسور فالكي وطالب الدكتوراه السابق تيم هويج ، وكذلك من خلال حسابات البروفيسور بيتر جورهام من جامعة هاواي.
تقذف جزيئات الأشعة الكونية الأرض باستمرار مسببة انفجارات صغيرة للجسيمات الأولية التي تشكل حزمة من المادة والجسيمات المضادة للمادة التي تندفع عبر الغلاف الجوي. ينحرف المجال المغنطيسي الأرضي للأرض عن الجزيئات الأخف وزنا والإلكترونات والبوزيترونات المشحونة في هذه الحزمة مما يؤدي إلى انبعاث الإشعاع الراديوي. هذا النوع من الإشعاع معروف جيدًا من مسرعات الجسيمات على الأرض ويسمى إشعاع السنكروترون. على سبيل القياس ، يتحدث علماء الفيزياء الفلكية الآن عن إشعاع "geosynchrotron" بسبب التفاعل مع المجال المغناطيسي للأرض.
تم الكشف عن ومضات الراديو بواسطة هوائيات LOPES المثبتة في تجربة الدش الهوائي بالأشعة الكونية KASCADE-Grande في Forschungszentrum Karlsruhe ، ألمانيا. KASCADE-Grande تجربة رائدة لقياس الأشعة الكونية. يقول الدكتور أندرياس هانجز ، المتحدث باسم KASCADE-Grande: "هذا يظهر قوة وجود تجربة فيزياء فلكية رئيسية مباشرة في جوارنا - وهذا يمنحنا المرونة لاستكشاف أفكار غير عادية مثل هذه".
يستخدم التلسكوب الراديوي LOPES (LOFAR Prototype التجريبية التجريبي) هوائيات نموذجية لأكبر تلسكوب راديوي في العالم ، LOFAR ، سيتم بناؤه بعد عام 2006 في هولندا وأجزاء من ألمانيا. يتميز LOFAR بتصميم جديد جذري ، يجمع بين العديد من الهوائيات منخفضة التردد الرخيصة التي تجمع إشارات الراديو من السماء بأكملها في وقت واحد. عند الاتصال بالإنترنت عالي السرعة ، يتمتع الكمبيوتر العملاق بالقدرة على اكتشاف الإشارات غير العادية وإنشاء صور لمناطق مثيرة للاهتمام في السماء دون تحريك أي أجزاء ميكانيكية. “حققت LOPES أول نتائج علمية رئيسية لمشروع LOFAR في مرحلة التطوير. وهذا يجعلنا واثقين من أن LOFAR ستكون بالفعل ثورية كما كنا نأمل أن تكون. " يشرح البروفيسور هارفي بوتشر ، مدير المؤسسة الهولندية لبحوث الفلك (أسترون) في دوينجيلو ، هولندا ، حيث يتم تطوير LOFAR حاليًا.
يقول دكتور أنطون زنسن ، مدير معهد ماكس بلانك لعلم الراديو المشع (MPIfR): "إن هذا بالفعل مزيج غير عادي ، حيث يعمل الفيزيائيون النوويون وعلماء الفلك الراديوي معًا لإنشاء تجربة فيزياء الجسيمات الفلكية الفريدة والأصلية للغاية". بون. "إنه يمهد الطريق لآليات الكشف الجديدة في فيزياء الجسيمات وكذلك يوضح قدرات التقاط الأنفاس للجيل القادم من المقاريب مثل LOFAR وبعد ذلك صفيف الكيلومتر المربع (SKA). فجأة تجتمع التجارب الدولية الرئيسية في مجالات البحث المختلفة "
كخطوة تالية ، يريد علماء الفيزياء الفلكية استخدام مصفوفة LOFAR القادمة في هولندا وألمانيا لعلم الفلك الراديوي والبحث عن الأشعة الكونية. الاختبار جار لدمج الهوائي الراديوي في مرصد بيير أوجير للأشعة الكونية في الأرجنتين وربما لاحقًا في مرصد أوجر الثاني في نصف الكرة الشمالي. "قد يكون هذا اختراقا كبيرا في تكنولوجيا الكشف. نأمل أن نستخدم هذه التقنية الجديدة للكشف عن طبيعة الأشعة الكونية الأعلى طاقة وفهمها وكذلك للكشف عن النيوترينوهات عالية الطاقة من الكون "، كما يقول البروفيسور يوهانس بلومير ، مدير برنامج الفيزياء الفلكية في جمعية هيلمهولتز. في Forschungszentrum Karlsruhe.
تم تأكيد الكشف جزئيًا من قبل مجموعة فرنسية باستخدام التلسكوب الراديوي الكبير لمرصد باريس في ناناي. تاريخياً ، تم العمل على الانبعاث الراديوي من الأشعة الكونية لأول مرة في أواخر الستينيات مع أول ادعاءات بالكشف. ومع ذلك ، لا يمكن استخراج معلومات مفيدة باستخدام تقنية هذه الأيام ، وتوقف العمل بسرعة. كانت أوجه القصور الرئيسية هي الافتقار إلى قدرات التصوير (التي يتم تنفيذها الآن بواسطة البرنامج) ، ودقة الوقت المنخفضة ، وعدم وجود مجموعة مكشاف جسيمات محسنة جيدًا. تم التغلب على كل هذا من خلال تجربة LOPES.
المصدر الأصلي: بيان صحفي MPI
