سرچشمه ذرات پرانرژی جهان چیست؟
پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌‌العاده بالا (UHECRها)، پر‌انرژی‌ترین ذرات جهان هستند که انرژی آنها بیش از یک میلیون برابر چیزی است که انسان می‌تواند به دست‌آورد.
اما درحالی که وجودUHECRها نزدیک به۶۰سال است که شناخته شده است،محققان هنوز موفق نشده‌اند، توضیح رضایت‌بخشی برای منشا آنها ارائه دهند؛ فرمولی که بتواند همه مشاهدات را توضیح دهد.اما نظریه جدیدی که توسط گلنیس فارار، فیزیکدان دانشگاه نیویورک ارائه شده است، توضیحی قابل قبول و قابل آزمایش برای چگونگی ایجاد UHECR ارائه میدهد. فارار می‌گوید:«پس از شش دهه تلاش، سرانجام ممکن است منشا ذرات مرموز با بالاترین انرژی درجهان شناسایی شده باشد.» در خلق این نظریه، جولیوس سیلور، روزالیند اس.سیلور و استاد انید وینسلو،این استاد دانشکده فیزیک راهمراهی کردند.
فارار توضیح بیشتری میدهد: «این بینش، ابزار جدیدی برای درک فاجعه‌بارترین رویدادهای جهان ارائه می‌کند: دو ستاره نوترونی با هم ادغام می‌شوند و سیاهچاله‌‌ای را تشکیل می‌دهند که این فرآیند مسئول ایجاد بسیاری از عناصر گران‌بها یا عجیب‌و‌غریب از جمله طلا، پلاتین، اورانیوم، ید و زنون است.»
این تئوری که در مجله Physical Review Letters منتشر شده، پیشنهاد می‌کند که UHECRها در جریان‌های مغناطیسی آشفته ادغام ستاره‌های نوترونی دوتایی، شتاب می‌گیرند و پیش از تشکیل سیاهچاله نهایی، از بقایای ادغام خارج می‌شوند. این فرآیند به‌طور همزمان امواج گرانشی قدرتمندی تولید می‌کند که برخی از آنها قبلا توسط دانشمندان در همکاری LIGO-Virgo شناسایی شده‌اند.
نظریه فارار برای نخستین‌بار دو مورد از اسرارآمیزترین ویژگی‌های UHECRها را توضیح میدهد: همبستگی تنگاتنگ بین انرژی UHECR و بار الکتریکی آن و انرژی خارق‌‌العاده تعداد انگشت‌شماری از بالاترین رویدادهای انرژی.
دو پیامد برگرفته از تجزیه و تحلیل فارار وجود دارد که می‌تواند اعتبار تجربی لازم را در مطالعات و آزمایش‌های آینده فراهم کند:بالاترین انرژی UHECRها به‌عنوان عناصر کمیاب «r-process» مانند زنون و تلوریوم از انگیزه جست‌وجو برای چنین جزئی در داده‌های UHECRها سرچشمه می‌گیرند.نوترینوهای بسیار پرانرژی که از برخوردهای UHECR سرچشمه می‌گیرند، لزوما با موج گرانشی تولید‌شده در ادغام ستاره نوترونی مادر همراه هستند.
UHECR چیست؟
در اخترفیزیک ذره‌ای، پرتو کیهانی با انرژی فوق‌‌العاده بالا (Ultra-high-energy cosmic ray) یا (UHECR) یک پرتو کیهانی با انرژی بیشتر از ۱ الکترون‌ولت است. الکترون‌ولت یا eV برابر با ۱۰ به توان ۱۸ ولت (تقریبا ۰٫۱۶ ژول) است؛ UHECR بسیار فراتر از جرم نامتغیر و انرژی‌های معمولی است. این ذرات بسیار نادر هستند. نخستین مشاهده این نوع ذره پرتو کیهانی توسط جان لینزلی و لیویو اسکارسی در آزمایش مزرعه آتشفشانی (Volcano Ranch) در نیومکزیکو در سال ۱۹۶۲ انجام شد. زمانی که این ذرات با اتمسفر زمین برخورد می‌کنند، بارانی از دیگر ذرات را به‌وجود می‌آورند که بر زمین فرود می‌آید. این پدیده بیش از هر آشکارساز دیگری، توسط رصدخانه پیر آوگر (Pierre Auger Observatory) در آرژانتین ثبت شده است.
این تصاویر ادغام دو ستاره نوترونی را نشان میدهد که اخیرا با استفاده از یک مدل ابررایانه جدید شبیه‌سازی شده است. رنگ‌های قرمزتر نشان‌دهنده تراکم کمتر است. نوارها و خطوط سبز و سفید نشان‌دهنده میدان‌های مغناطیسی هستند. ستارگان نوترونی در حال گردش با انتشار امواج گرانشی به سرعت انرژی خود را از دست می‌دهند و پس از حدود سه چرخش در مدار یا در کمتر از ۸ میلی ثانیه به یکدیگر می‌پیوندند. ادغام تقویت می‌شود ومیدان مغناطیسی ادغام شده را درهم می‌کشد.یک سیاهچاله شکل می‌گیرد؛ میدان مغناطیسی سازماندهی می‌شود ودرنهایت ساختارهایی تولید می‌کند که قادر به پشتیبانی از جت‌هایی هستند که انفجارهای کوتاه پرتو گاما را تأمین می‌کنند.
آیسا اسدی - روزنامه‌نگار
فارار توضیح بیشتری میدهد: «این بینش، ابزار جدیدی برای درک فاجعه‌بارترین رویدادهای جهان ارائه می‌کند: دو ستاره نوترونی با هم ادغام می‌شوند و سیاهچاله‌‌ای را تشکیل می‌دهند که این فرآیند مسئول ایجاد بسیاری از عناصر گران‌بها یا عجیب‌و‌غریب از جمله طلا، پلاتین، اورانیوم، ید و زنون است.»
این تئوری که در مجله Physical Review Letters منتشر شده، پیشنهاد می‌کند که UHECRها در جریان‌های مغناطیسی آشفته ادغام ستاره‌های نوترونی دوتایی، شتاب می‌گیرند و پیش از تشکیل سیاهچاله نهایی، از بقایای ادغام خارج می‌شوند. این فرآیند به‌طور همزمان امواج گرانشی قدرتمندی تولید می‌کند که برخی از آنها قبلا توسط دانشمندان در همکاری LIGO-Virgo شناسایی شده‌اند.
نظریه فارار برای نخستین‌بار دو مورد از اسرارآمیزترین ویژگی‌های UHECRها را توضیح میدهد: همبستگی تنگاتنگ بین انرژی UHECR و بار الکتریکی آن و انرژی خارق‌‌العاده تعداد انگشت‌شماری از بالاترین رویدادهای انرژی.
دو پیامد برگرفته از تجزیه و تحلیل فارار وجود دارد که می‌تواند اعتبار تجربی لازم را در مطالعات و آزمایش‌های آینده فراهم کند:بالاترین انرژی UHECRها به‌عنوان عناصر کمیاب «r-process» مانند زنون و تلوریوم از انگیزه جست‌وجو برای چنین جزئی در داده‌های UHECRها سرچشمه می‌گیرند.نوترینوهای بسیار پرانرژی که از برخوردهای UHECR سرچشمه می‌گیرند، لزوما با موج گرانشی تولید‌شده در ادغام ستاره نوترونی مادر همراه هستند.
UHECR چیست؟
در اخترفیزیک ذره‌ای، پرتو کیهانی با انرژی فوق‌‌العاده بالا (Ultra-high-energy cosmic ray) یا (UHECR) یک پرتو کیهانی با انرژی بیشتر از ۱ الکترون‌ولت است. الکترون‌ولت یا eV برابر با ۱۰ به توان ۱۸ ولت (تقریبا ۰٫۱۶ ژول) است؛ UHECR بسیار فراتر از جرم نامتغیر و انرژی‌های معمولی است. این ذرات بسیار نادر هستند. نخستین مشاهده این نوع ذره پرتو کیهانی توسط جان لینزلی و لیویو اسکارسی در آزمایش مزرعه آتشفشانی (Volcano Ranch) در نیومکزیکو در سال ۱۹۶۲ انجام شد. زمانی که این ذرات با اتمسفر زمین برخورد می‌کنند، بارانی از دیگر ذرات را به‌وجود می‌آورند که بر زمین فرود می‌آید. این پدیده بیش از هر آشکارساز دیگری، توسط رصدخانه پیر آوگر (Pierre Auger Observatory) در آرژانتین ثبت شده است.
این تصاویر ادغام دو ستاره نوترونی را نشان میدهد که اخیرا با استفاده از یک مدل ابررایانه جدید شبیه‌سازی شده است. رنگ‌های قرمزتر نشان‌دهنده تراکم کمتر است. نوارها و خطوط سبز و سفید نشان‌دهنده میدان‌های مغناطیسی هستند. ستارگان نوترونی در حال گردش با انتشار امواج گرانشی به سرعت انرژی خود را از دست می‌دهند و پس از حدود سه چرخش در مدار یا در کمتر از ۸ میلی ثانیه به یکدیگر می‌پیوندند. ادغام تقویت می‌شود ومیدان مغناطیسی ادغام شده را درهم می‌کشد.یک سیاهچاله شکل می‌گیرد؛ میدان مغناطیسی سازماندهی می‌شود ودرنهایت ساختارهایی تولید می‌کند که قادر به پشتیبانی از جت‌هایی هستند که انفجارهای کوتاه پرتو گاما را تأمین می‌کنند.
آیسا اسدی - روزنامه‌نگار
ضمیمه ویژه نامه
تیتر خبرها
