أقوى ذرة كونية في التاريخ جاءت من “لا مكان”؟

تبدو أماتيراسو – أقوى ذرة كونية تم رؤيتها في ثلاثة عقود – كما لو أنها تأتي من نقطة فارغة في السماء. قد تحل التلسكوبات الجديدة لغز أصلها.

الكون الذي لا يعرف النقصان في الطرق لضرب كوكبنا

بين الانفجارات الشمسية والنجوم الزائفة وانفجارات الأشعة الغاما والتأثيرات العملاقة، لا يعاني الكون من نقص في الطرق لضرب كوكبنا. ومن بين أغرب وأكثر الأشياء غموضًا هي الذرات الكونية ذات الطاقة العالية (UHECRs)، وهي جسيمات ثقيلة وصغيرة من أماكن غير معروفة تصطدم بكوكبنا بسرعة تقترب من سرعة الضوء. عادةً ما تصل كل ذرة كونية ذات طاقة عالية بمفردها وبدون سابق إنذار، مثل رصاصة سماوية متسارعة، تصطدم بالغلاف الجوي لدينا وتنفجر في سلسلة من الجسيمات الثانوية التي تتسبب في وميض ضوء لا يمكن انتباهه عندما تتساقط على السطح. على الرغم من أن أجهزة الكشف على الأرض رصدت عددًا قليلاً من الذرات الكونية ذات الطاقة العالية بواسطة مثل هذه “الأمطار الجوية” من قبل، إلا أن واحدة اجتاحت سماء يوتا في أواخر ربيع عام 2021 كانت مثيرة للاهتمام بشكل خاص. أطلق عليها اسم “أماتيراسو” (إلهة الشمس في الأساطير اليابانية) من قبل اكتشافها، يبدو أن هذه الذرة الكونية الواحدة تحمل قوة رمي الطوب في شكلها الذري، مما يجعلها الجسيم الأكثر طاقة رؤيته على الأرض في أكثر من 30 عامًا. والأكثر غرابة، يبدو أنها جاءت من ما يعادل “لا مكان” – منطقة شاسعة من الفراغ الكوني خالية من النجوم والمجرات ومعظم ما يمكن أن يكون مصدرًا فلكيًا واضحًا.

أماتيراسو تصطدم بالأرض

ضربت أماتيراسو الأرض في ساعات الصباح الأولى من 27 مايو 2021، مما أدى إلى تساقط أمطار جوية من الميونات والجلونات وجسيمات ثانوية أخرى في 23 من أكثر من 500 جهاز استشعار في مجموعة التلسكوب، وهو مشروع يمتد على مساحة 700 كيلومتر مربع من الصحراء في يوتا. من خلال تجميع تلك الجسيمات، استنتج الباحثون أن الذرة الكونية القادمة يجب أن تكون بطاقة تبلغ حوالي 244 إكسا-إلكترون فولت (EeV)، ما يعادل كرة بيسبول مرمية بشكل جيد وأكثر من ملايين مرة طاقة الجسيمات التي تصطدم معًا في معجل الهادرون الكبير، أقوى تجربة فيزيائية في العالم. “اعتقدت أنه يجب أن يكون خطأ”، يقول توشيهيرو فوجي من جامعة أوساكا الحضرية في اليابان، الذي وجد الجسيم في بيانات المجموعة. لكنه لم يكن كذلك. تم نشر النتائج في 23 نوفمبر في مجلة Science.

أصل أماتيراسو والتفسيرات المحتملة

تعقيد الأمر هو أنه لا أحد يعرف بالضبط نوع الجسيم الذي كانت أماتيراسو، وسيكون لدى أنواع الجسيمات المختلفة حساسية متفاوتة للحقول المغناطيسية الكونية والإشعاع الخلفي الذي يمكن أن يحني مساراتها في الفضاء. إذا كانت أماتيراسو بروتونًا، كما اقترح بعض الخبراء، فإنها لن تحنى كثيرًا وسوف تنشأ بالقرب من مركز الفراغ المحلي. ولكن إذا كانت شيئًا أثقل، مثل نواة الحديد المكونة من بروتون ونيوترون، فإنها ستتفاعل بشكل أقوى مع الحقول المغناطيسية، مما يظهر انحناءًا أكبر. في هذ-scenario، يمكن أن يكون أصل أماتيراسو نحو حافة الفراغ المحلي، بالقرب من مجرة تسمى NGC 6946.

ترقية المشروعات الحالية والتلسكوب الفضائي المقترح

يعمل العلماء على ترقية كل من مجموعة التلسكوب ومرصد أوجير للبحث عن إجابات. هناك خطط لتوسيع المجموعة الحالية إلى أربعة أضعاف حجمها الحالي في السنوات القادمة، مما يسمح بكشف المزيد من الذرات الكونية ذات الطاقة العالية وتتبعها بشكل أفضل للمساعدة في البحث عن أي نقاط ساخنة. وفي الوقت نفسه، يتم ترقية أوجير بواسطة هوائيات الراديو الحاسمة لتعزيز أجهزة الكشف البصرية. “يعطيك الراديو توقيعًا مختلفًا للبروتونات والحديد”، تقول نويمي جلوبوس، مما يتيح للباحثين التمييز بين الاثنين لتقليل المصادر الفلكية المحتملة.

يمكن أن يزيد تلسكوب الفضاء المقترح بتكلفة مليارات الدولارات فهمنا بشكل كبير أيضًا. يُطلق عليه اسم “مسبار الفيزياء الفلكية المتعددة الرسائل المتطرفة” (POEMMA)، وسيتدرب عينيه على الغلاف الجوي للأرض من الأعلى – موقع مرتفع يجلب المزيد من الوميض البصري من الذرات الكونية ذات الطاقة العالية الواردة وربما يزيد من عدد الكشفات بمقدار 10 أضعاف. لم توافق وكالة ناسا بعد على المشروع ولكنها تفكر حاليًا في إمكانية إطلاقه في فرصة إطلاق محتملة في الثلاثينيات من القرن الحادي والعشرين. “يجب أن يقنعوا وكالة ناسا”، يقول آلان واتسون، أستاذ متقاعد في جامعة ليدز في إنجلترا، الذي أنشأ مرصد أوجير ولم يكن مشاركًا في الاكتشاف الجديد. “المنافسة على التجارب الفضائية كبيرة جدًا”.

في الوقت الحاضر، لا يزال الغموض قائمًا؛ كل ما هو مؤكد حقًا هو أن الأمطار الكونية ذات الطاقة العالية ستستمر – وأننا سنستمر في البحث عن أصولها الغامضة. في مكان ما هناك، على الأقل، يوجد عملية عنيفة بشكل غير عادي تدفع حدود الفيزياء المعروفة لإرسالها إلينا. “هذه أحداث مدهشة فقط”، يقول جون ماثيوز. “نود أن نعرف من أين جاءت وكيف وصلت إلى هنا”.

حقوق النشر والأذونات: جوناثان أوكالاهان هو صحفي مستقل حائز على جوائز يغطي علم الفلك وعلم الفلك والرحلات التجارية إلى الفضاء واستكشاف الفضاء. تابعه على تويتر @Astro_Jonny

Source: https://www.scientificamerican.com/article/the-second-most-powerful-cosmic-ray-in-history-came-from-nowhere/