آماتِراسو؛ ثبت دومین تابش کیهانی با انرژی‌ای فراتر از درک انسان

جایی در فراسوی راه شیری، رویدادی ناشناس باعث شد ذرات باردار چنان انرژی بگیرند که با عبور از اقیانوس بی‌کران فضا در سال ۲۰۲۱ به زمین برسند و حالا تحلیل داده‌های آن دانشمندان را مبهوت کرده است.

در سال ۱۹۹۱ میلادی دانشمندان موفق شدند ذراتی را رصد کنند که از گوشه‌ای از پهنهٔ بی‌کران فضا با انرژی باورنکردنی بالایی به زمین رسیدند. انرژی ثبت‌شده برای این ذرات در حدود ۳۲۰ اگزا الکترون‌ولت بود.

اگر می‌خواهید از نظر ریاضیاتی به درکی از این عدد برسید، به پیشوند اگزا دقت کنید. اگزا معادل ۱۰ به توان ۱۸ یا به‌ عبارت‌ دیگر معادل این است که در مقابل عدد یک ۱۸ تا صفر بگذارید. البته وقتی نوبت به اعداد بسیار بزرگ و یا بسیار کوچک می‌رسد، مغز ما به‌دلیل در اختیار نداشتن معیاری برای مقایسه حساسیت ادارکیِ خود را از دست می‌دهد.

برای این‌که این عدد کمی قابل‌ درک شود، شاید بتوان از این مثال استفاده کرد:

توپ تنیسی را در نظر بگیرید که با سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ساعت در حال سفر است. انرژی پتانسیلی که این توپ در خود دارد، تقریباً برابر با آن انرژی‌ای است که از ذرات بنیادی در سال ۱۹۹۱ رصد شده بود؛ البته آن انرژی به‌جای توپ تنیس بر روی ذرات ریز اتمی اعمال‌ شده بود؛ عددی که میلیون‌ها برابر بیش از توان انرژی است که شتاب‌دهندهٔ ذرات سِرن توان تولید آن را دارد.

آن ذرهٔ پرانرژی چنان برای دانشمندان شگفت‌انگیز بود که کنار داده‌های ثبت آن نوشتند «وای خدای من!» یا OMG! و این نام برای این رصد که تاکنون پرانرژی‌ترین رصد از ذرات کیهانی است باقی‌ مانده است.

حالا گروهی از دانشمندان با مرور داده‌های جمع‌آوری‌شده در سال ۲۰۲۱ که توسط آرایه‌ای از تلسکوپ‌ها رصد شده بود، متوجه شده‌اند که در این سال پرتو کیهانی با انرژی معادل حدود ۲۴۴ اگزا الکترون‌ولت به زمین رسیده است؛ انرژی چنان عظیمی که آن را تبدیل به دومین مشاهدهٔ پرقدرت تابش‌های کیهانی می‌کند.

منبع این تابش هنوز شناخته‌شده نیست و معلوم نیست کدام رویداد در فضای پهناور باعث شده این ذرات به چنین انرژی عظیمی برسند و به زمین سفر کنند.

این رویداد را «آماتراسو» (Amaterasu) نام گذاشته‌اند که نام ایزدبانوی خورشید در اسطوره‌های ژاپنی است.

۱۴۰۰

کشف جدید دانشمندان: کره زمین داخل یک تونل عظیم کیهانی قرار دارد

منشأ تابش‌های کیهانی

تابش‌های کیهانی در واقع ذرات اتمی مانند پروتون‌ها و سایر هسته‌های اتمی هستند که پس از آزاد شدن با سرعت‌ها و انرژی‌های متفاوت در فضا پراکنده‌ می‌شوند و در مسیر خود از زمین گذر می‌کنند.

یکی از منابع اصلی در اطراف ما پرتوهای کیهانی کم‌انرژی خورشید است که در طول فعالیت‌های خود جریانی از ذرات پرانرژی را راهی زمین می‌کند.

اما منشأ این ذرات فقط از دل خورشید نیست. برخی از موارد پرانرژی‌تر برای این‌که بتوانند انرژی لازم را به دست آورند، باید در دل حوادث مهیب کیهانی شکل‌گرفته باشند. انفجار یک ابَرنواختر (مرگ مهیب یک ستارهٔ پرجرم)، هسته‌های فعال کهکشان‌ها، فوران‌های گاما، تپ اخترها و ستاره‌های نوترونی و حتی منابع فراکهکشانی می‌توانند انرژی لازم برای اعزام کردن ذرات به اعماق فضا را فراهم کند.

با این‌حال، پرتوهای کیهانی که ذرات تشکیل‌دهندهٔ آن دارای انرژی بیش از یکصد اگزا الکترون‌ولت باشند، فوق‌العاده نادر هستند و براساس تخمین‌ها، در هر قرن تنها یک مورد از چنین ذراتی در هر کیلومتر مربع سطح زمین برخورد می‌کند.

این رویدادها برای ذرات با انرژی بالای ۲۰۰ اگزا الکترون‌ولت از این هم کمیاب‌تر است و تاکنون تنها چند مورد رصد موفق این موارد انجام‌ شده و به همین دلیل هم هست که این ثبت تا این اندازه توجه افکار عمومی در جهان علم را به خود جلب کرده است.

نحوهٔ رصد تابش‌های کیهانی

زمانی که یکی از ذرات تشکیل‌دهندهٔ پرتوهای کیهانی، با انرژی فوق‌العاده‌ای که دارد، به زمین می‌رسد، در لایه‌های فوقانی جو غلیظ زمین با یکی از اتم‌های موجود در جو برخورد می‌کند. به‌دلیل انرژی فوق‌العاده بالای آن، در اثر این برخورد انبوهی از ذرات ثانویه ایجاد می‌شود و ما از روی زمین می‌توانیم این آبشار ناشی از ذرات ثانویه را رصد کنیم.

این تقریباً همان اتفاقی است که درون شتاب‌دهنده‌های ذرات می‌افتد؛ زمانی که ما درون آن دو پرتو از هسته‌های اتم را با یکدیگر با سرعتی نزدیک به‌سرعت نور برخورد می‌دهیم و با رصد ذراتی که در اثر برخورد آزاد می‌شوند (یا به عبارت بهتر با رصد سطح انرژی این ذرات) آن‌ها را شناسایی می‌کنیم.

اما پرتوهای کیهانی در محیط بسته و تحت نظارت شتاب‌دهنده‌ها با جو برخورد نمی‌کنند و برای رصد آن‌ها باید سامانه‌های رصدی را روی زمین بنا کرد. آرایهٔ تلسکوپ‌ها که رصد این رویداد را ممکن کرده، از بیش از ۵۰۰ حسگر تشکیل‌ شده که در فضایی با وسعت بیش از ۷۰۰ کیلومتر مربع پراکنده‌ شده‌اند.

زمانی که این ذرهٔ پرانرژی با جو زمین برخورد کرد، آبشاری از ذرات ثانویهٔ پرانرژی ایجاد شد که این آرایه آن‌ها را ثبت کرد و دانشمندان با محاسبه توانستند ویژگی‌های ذرهٔ برخوردکننده را به دست آورند.

۱۳۹۸

کشف یک مرز جدید، کمی بیرون از منظومه شمسی

دشواری پیدا کردن منشأ

یکی از دشواری‌های پیدا کردن منشأ این ذرات و پرتوهای کیهانی به این مسئله بازمی‌گردد که این ذرات پرانرژی ذراتی دارای بار الکتریکی هستند. در نتیجه، در مسیر خود که گاه ممکن است از بیرون راه شیری منشأ گرفته باشد، در مواجهه با هر میدان الکترومغناطیسی ممکن است مسیر خود را تغییر دهند. تمام ستاره‌ها، کهکشان‌ها و سیاهچاله‌ها دارای میدان‌های مغناطیسی هستند و عبور این ذرات از کنار آن‌ها باعث می‌شود تا این ذرات مسیر خود را تغییر دهند.

با این‌ وصف، تحقیقات دانشمندان تاکنون نتوانسته درون راه شیری منبعی را پیدا کند که توان تولید این ذرات پرانرژی را داشته باشد و حدس عمومی بر این است که این تابش در کهکشانی دیگر منشأ دارد.

خطرات تابش‌های کیهانی

تک‌ذرهٔ رصدشده‌ای مانند رویداد اخیر خطری برای زمین ندارد. پرتوهای کیهانی که از خورشید به زمین می‌رسند، در صورت فوران‌های خورشیدی ممکن است بر عملکرد ماهواره‌ها اثر بگذارند یا شبکه‌های انتقال برق را مختل کنند، اما این‌ها تابش‌های کم‌انرژی هستند.

خوشبختانه در اطراف ما منبعی وجود ندارد که یک‌باره طوفانی از پرتوهای پرانرژی کیهانی را راهی زمین کند. اما اگر جایی تا فاصلهٔ ۳۰ سال نوری از زمین روزی ابرنواختری منفجر شود، شدت تابش‌های ذرات کیهانی پرانرژی به‌قدری است که جو زمین را از بین می‌برد و هر موجود زنده‌ای روی آن زمین برای همیشه از عرصهٔ گیتی محو می‌کند.