حدد علماء صينيون مصدر الأشعة الكونية فائقة الطاقة في مجرة ​​درب التبانة

وقالوا إن وجود هيكل يشبه الفقاعة – يبلغ حجمه حوالي 10 ملايين مرة حجم نظامنا الشمسي – يمكن أن يفسر كيف يمكن أن تنشأ أشعة جاما ذات الطاقة العالية جدًا في درب التبانة، على عكس النظريات السابقة حول أصلها.

وقال المؤلف المراسل جاو تشن، الأستاذ في معهد فيزياء الطاقة العالية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، لوكالة أنباء شينخوا الرسمية: “هذه هي أول إشارة مسرع للأشعة الكونية الفائقة”.

الأشعة الكونية هي جسيمات مشحونة تتحرك عبر الفضاء بسرعة الضوء تقريبًا. وعلى الرغم من اكتشافها منذ أكثر من 100 عام، إلا أن العلماء ما زالوا غير متأكدين من كيفية تشكل الأشعة التي تصل إلى الأرض ومن أين نشأت.

تتحدى الخريطة الجديدة التي وضعها العلماء الصينيون لمجرة درب التبانة نظريات الإشعاع الكوني

أظهرت أطياف الطاقة السابقة للأشعة الكونية نقطة انعطاف عند مستوى طاقة 1 بيتا إلكترون فولت (PeV)، تسمى “الركبة” بسبب شكلها في المخططات.

وقال تساو لشبكة سيتشوان الإخبارية إنه يُعتقد أن الأشعة الكونية ذات الطاقات الأقل من 1 PeV تنشأ من مجرة ​​درب التبانة، بينما يُعتقد أن الأشعة ذات الطاقات الأعلى من هذه النقطة تنشأ من خارج مجرتنا.

ومع ذلك، في عام 2020، اكتشف لاسو فوتونات فائقة الطاقة تنتجها الأشعة الكونية التي تزيد طاقتها عن 1 PeV مصدرها Cygnus. تصف ورقة بحثية حديثة كيفية تشكل هذه الأشعة.

ووجد الباحثون أن بنية تشبه الفقاعة في منطقة تشكل النجوم في المجرة – تسمى Cygnus X – تحتوي على العديد من الفوتونات فوق 1 PEV، بما في ذلك فوتون واحد يصل إلى 2.5 PEV.

وفي مركز الفقاعة، حدد الفريق مجموعة نجمية كبيرة تسمى Cygnus OB2، والتي تحتوي على العديد من النجوم الشابة الساخنة، وبعضها تزيد درجات حرارة سطحه عن 35000 درجة مئوية – وهو مسرع محتمل للأشعة الكونية الفائقة.

وفقًا للورقة البحثية، فإن بنية الفقاعة وطيف طاقتها “يتم إعادة إنتاجهما بشكل معقول من خلال افتراض وجود مسرع الجسيمات في النواة”.

اكتشف مختبر صيني الضوء الكوني الذي يمكن أن يعيد كتابة قوانين الفيزياء

إن مسرع الأشعة الكونية قادر على ضخ الأشعة الكونية ذات طاقات تتراوح من 10 إلى 25 إلكترون فولت في الفضاء بين النجوم، حيث تصطدم بالغاز بين النجوم لإنتاج فوتونات ذات طاقات تبلغ 1 إلكترون فولت أو أعلى.

وقال جاو لشبكة سيتشوان الإخبارية إن نجوم العنقود لها كثافة إشعاعية “بمئة إلى مليون مرة ضعف إشعاع الشمس”. المواد التي يتم إطلاقها من سطح النجوم عن طريق الضغط الإشعاعي تخلق رياحًا عالية السرعة، والتي تصطدم بالوسط بين النجوم، مما يؤدي إلى إنشاء معجل للجسيمات.

وقال جاو: “بعد تشكيل المسرع، يتم تسريع الجسيمات المجهرية التي تهيمن عليها البروتونات إلى طاقات عالية للغاية، وهي الأشعة الكونية التي نلاحظها على الأرض”.

ووجد الباحثون أن الغاز المحيط بنظام الفقاعة يرتبط بكثافة أشعة جاما الناتجة عن تسارع الجسيمات عالية الطاقة عبر الفضاء بين النجوم.

وكتبوا في الورقة البحثية: “الفرضية القوية هي أن كل مصدر للأشعة الكونية في مجرتنا يحتوي على مثل هذه الفقاعة أو الهالة من الأشعة الكونية”.

وقال جاو لشبكة سيتشوان الإخبارية إن سرعة انتشار الأشعة الكونية كانت أبطأ بكثير مما كان متوقعا – 100 مرة أبطأ مما كان يعتقد سابقا – مما مكن الباحثين من مراقبة الفقاعة.

وقال في تقرير لوكالة أنباء شينخوا: “مع زيادة وقت المراقبة، من المتوقع أن يكتشف LASO المزيد من مسرعات الأشعة الكونية الفائقة”. ويعتقد جاو أيضًا أن النتائج “يمكن أن تحل لغز أصل الأشعة الكونية المستمر منذ قرن من الزمان”.

وقالت عالمة الفيزياء الفلكية إيلينا أماتو من المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية إن النتائج “لها عواقب وثيقة الصلة بتفسيرنا لانتقال الأشعة الكونية في المجرة”.