مشاهده درون یک ابر شتاب دهنده کیهانی!!

ستاره شناسان در حال بررسی یک شتاب دهنده ذرات آسمانی در سحابی مارماهی هستند که یک تپ اختر دوردست را احاطه کرده است.

این تصویر هنری یک سحابی باد تپ اختری را در اطراف تپ‌ اختر دیگری به نام Geminga نشان می‌دهد. سحابی های باد تپ اختری ممکن است مکان‌های کیهانی شتاب‌دهنده های ذرات باشند. Nahks TrEhnl

یک سکه از جیب خود بیرون بیاورید و به آن ضربه بزنید. این سکه یک پتا الکترون ولت (PeV) انرژی را حمل می‌کند. اکنون ذره‌ای را تصور کنید که یک میلیون بیلیون بار کوچکتر از سکه شماست که بسیار فراتر از برد قدرتمندترین میکروسکوپ است – و با همان مقدار انرژی در حال عبور است. آن یک ذره هزار برابر انرژی ای است که پیچیده‌ترین شتابدهنده‌های ذرات بشر می‌‌توانند تولید کنند.

با این حال، جهان هیچ کمبودی از چنین ذرات بسیار پرانرژی ندارد. آنها همیشه به جو زمین برخورد می‌کنند. اما در حالی که ستاره‌شناسان مدت‌هاست وجود این ذرات قوی را می‌دانستند، اما برای درک چگونگی پیدایش آن‌ها تلاش کرده‌اند. اخیراً داده‌ها شروع به روشن کردن این پدیده کرده‌اند.

یک مسیر پیچ خورده

مشکل اینجاست که ذرات PeV معمولاً باردار هستند(چه پروتون و چه الکترون). به این ترتیب، آنها مستعد دستکاری میدانهای مغناطیسی هستند، مسیرهای آنها در حین عبور از کهکشان به این طرف و آن طرف خم می‌شود. ردیابی یک ذره به منبع آن تقریباً غیرممکن است.

اما فرآیندهایی که ذرات پرانرژی می‌سازند، پرتوهای گاما را نیز تولید می‌کنند و پرتوهای گاما که فوتون‌های بدون بار هستند، به راحتی توسط میدان مغناطیسی چرخشی کهکشان به بیراهه هدایت نمی‌شوند. بنابراین، این فوتون‌ها پیام‌رسان‌هایی هستند که می‌توانند به ستاره‌شناسان بگویند ذرات کجا و چگونه شتاب می‌گیرند.

دو تأسیسات در سال‌های اخیر به‌منظور دسترسی اخترشناسان به پرتوهای گاما با بالاترین انرژی، آنلاین شده‌اند: رصدخانه Large High Altitude Air Shower (LHAASO)  در تبت و رصدخانه High-Altitude Water Cherenkov  در مکزیک. داده‌های آن‌ها اخترشناسان را قادر می‌سازد تا تقریباً ده‌ها شتاب‌دهنده ذرات کیهانی را شناسایی کنند که به نام Pevatrons شناخته می‌شوند.

رصدخانه ذرات تبتی LHAASO، رصدخانه پرتوهای کیهانی در یانگ باجینگ، منطقه خودمختار تبت در جنوب غربی چین. موسسه فیزیک انرژی بالا آکادمی علوم چین

سحابی مارماهی

یکی از این نامزدهای Pevatron سحابی مارماهی است که در فاصله 11400 سال نوری از ما در صورت فلکی سپر قرار دارد. در این سحابی، ابری از ذرات باردار، یک تپ اختر را در فضا احاطه کرده است که به شکل متمایز آن منجر می‌شود.

دانیل برگس (آزمایشگاه اخترفیزیک کلمبیا) و تیمش با استفاده از مشاهدات پرتوهای گاما، اشعه ایکس و امواج رادیویی برای توصیف ابر ذرات، یک مدل کامپیوتری را گردآوری کردند که وضعیت فعلی تپ اختر، پلاسمای اطراف آن و تکامل آنها در طول زمان را نشان می‌داد، آنها نشان دادند که این Pevatron خاص در حال شتاب دادن الکترون‌ها به انرژی‌های PeV است.

این انیمیشن ابتدا فوتون‌های اشعه ایکس شناسایی شده از سحابی مارماهی و سپس انتشار پرتو گاما را نشان می‌دهد. پرتوهای گاما انرژی بالاتر و وضوح کمتری نسبت به اشعه ایکس دارند، بنابراین تصویر در پرتوهای گاما بسیار تارتر به نظر می‌رسد. دانیل برگس و همکاران

هنریکه فلسچهاک (دانشگاه کاتولیک آمریکا) می‌گوید: «این یکی از اولین نامزدهای PeVatron [شتاب دهنده الکترونی] است که به طور واضح شناسایی شده است. مشاهدات بعدی و مدل‌سازی دقیق در اینجا ارائه شده است،‌ می‌تواند به عنوان طرحی برای مطالعه و شناسایی سایر کاندیداهای PeVatron باشد.”

در واقع، عضو تیم کایا موری (همچنین در آزمایشگاه اخترفیزیک کلمبیا) تأیید می‌کند که تیم در حال کار بر روی استفاده از تکنیک مشابه در چندین ابر تپ‌اختری دیگر، از جمله دو سحابی به نام‌های سنجاقک و بومرنگ است. تیم‌های دیگر در حال بررسی Pevatron های جایگزین، مانند حبابهای پلاسمای شوکه شده توسط انفجارهای ابرنواختری هستند.

در حالی که سحابی مارماهی منبع نامزد واضحی از الکترون‌های PeV است، فلسچهاک اشاره می‌کند که ذرات پرانرژی مشاهده‌شده در زمین نه تنها از الکترون‌ها بلکه از پروتون‌ها نیز تشکیل شده‌اند و تاکنون، بیشتر پواترون‌های نامزد دیگر فقط الکترون‌ها را شتاب می‌دهند.

فلسچهاک می‌گوید: «این سوال باقی می‌ماند: PeVatron‌های [شتاب‌دهنده پروتون] که ما می‌دانیم باید آنجا باشند کجا هستند؟»

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

SEEING INSIDE A COSMIC SUPERACCELERATOR

BY: MONICA YOUNG MAY 19, 2022 

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/seeing-inside-a-cosmic-superaccelerator/