اكتشف علماء الفلك ميزة غير متوقعة وغير مفسرة خارج مجرتنا درب التبانة، وهي إشعاع ضوء عالي الطاقة يسمى أشعة جاما.
الفريق الذي يقف وراء هذا الاكتشاف، بما في ذلك ناسا وعالم الكونيات في جامعة ميريلاند ألكسندر كاشلينسكي، عثر على إشارة أشعة جاما أثناء البحث في 13 عامًا من البيانات من تلسكوب فيرمي التابع لناسا.
وقال كاشلينسكي في بيان “إنه اكتشاف بالصدفة تماما”. “لقد وجدنا إشارة أقوى بكثير، وفي جزء مختلف من السماء، من تلك التي كنا نبحث عنها.”
ما يجعل إشارة أشعة جاما هذه أكثر غرابة هو حقيقة أنها تقع باتجاه ميزة أخرى غير مفسرة في الفضاء، وهي مصدر بعض الجسيمات الكونية الأكثر نشاطًا التي تم اكتشافها على الإطلاق.
متعلق ب: يفاجئ النجم النابض علماء الفلك بأشعة غاما التي تحطم الأرقام القياسية
ويعتقد الفريق أن الإشارة المكتشفة حديثًا مرتبطة بهذه الجسيمات عالية الطاقة، أو الأشعة الكونية، والتي تتكون في الغالب من البروتونات والنيوترونات والنوى الذرية.
تحمل هذه الأشعة الكونية فائقة الطاقة (UHECRs) طاقة تزيد عن مليار مرة من طاقة أشعة جاما، ولا تزال أصولها واحدة من أكبر الألغاز في الفيزياء الفلكية، وهو لغز يعمقه اكتشاف مصدر أشعة جاما هذا.
أدى البحث عن الحفريات الكونية إلى مفاجأة أشعة جاما
قد تكون ميزة أشعة جاما الغامضة الجديدة هذه مشابهة لخاصية غريبة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB).
يمثل CMB أقدم ضوء في الكون وهو أحفورة كونية متبقية من حدث وقع بعد حوالي 380 ألف سنة من الانفجار الكبير. قبل ذلك، كان الكون عبارة عن حساء ساخن وكثيف من الإلكترونات والبروتونات الحرة التي لا يمكن للضوء أن ينتقل عبرها.
ومع ذلك، في هذا الوقت تقريبًا، برد الكون بدرجة كافية للسماح للإلكترونات والبروتونات بالانضمام معًا لتكوين الذرات البدائية. إن النقص المفاجئ في الإلكترونات الحرة يعني أن الفوتونات، وهي جسيمات الضوء، لم تعد متناثرة إلى ما لا نهاية بواسطة هذه الجسيمات سالبة الشحنة.
لقد تحول الكون فعليًا من كونه معتمًا إلى شفاف في لحظة، مما سمح للضوء الأول بالسفر. يتكون الإشعاع CMB من هذه الفوتونات الأولى التي تسافر بحرية.
متعلق ب: ما هي الخلفية الكونية الميكروية؟
ومع توسع الكون في ما يقرب من 13.8 مليار سنة لاحقة، فقدت هذه الفوتونات الطاقة وأصبح لها الآن درجة حرارة موحدة تقشعر لها الأبدان -454 درجة فهرنهايت (ناقص 270 درجة مئوية).
تم رصد CMB لأول مرة من قبل علماء الفلك الراديوي الأمريكيين روبرت ويلسون وأرنو بينزياس في مايو 1964 كإشعاع ميكروويف في جميع اتجاهات السماء فوق الأرض. ومع ذلك، في التسعينيات، تم تحدي هذا التوحيد الظاهري عندما اكتشفت المركبة الفضائية مستكشف الخلفية الكونية (COBE) التابعة لناسا اختلافات صغيرة في درجة حرارة CMB.
وجد COBE أن CMB أكثر سخونة بنسبة 0.12%، ويحتوي على عدد أكبر من الموجات الميكروية باتجاه كوكبة الأسد، كما أنه أبرد بنسبة 0.12% من المتوسط في الاتجاه المعاكس، مع عدد أقل من الموجات الميكروية.
يُعزى هذا النمط، أو “ثنائي القطب”، في CMB إلى حركة نظامنا الشمسي – 230 ميلًا في الثانية بالنسبة إلى مجال الإشعاع الأحفوري. ومع ذلك، إذا كان هذا هو الحال، فإن ثنائيات القطب المماثلة الناتجة عن حركة النظام الشمسي يجب أن تنشأ في كل الضوء القادم من المصادر الفيزيائية الفلكية خارج النظام الشمسي، لكن هذا لم يتم رؤيته حتى الآن.
يبحث علماء الفلك عن هذا التأثير في أنواع أخرى من الضوء حتى يتمكنوا من التأكد من أن ثنائي القطب CMB هو نتيجة حركتنا.
“مثل هذا القياس مهم، لأن الاختلاف حول حجم واتجاه ثنائي القطب لإشعاع CMB يمكن أن يزودنا بلمحة عن العمليات الفيزيائية التي حدثت في الكون المبكر جدًا، ومن المحتمل أن يعود ذلك إلى عندما كان عمره أقل من جزء من تريليون من الثانية. وقال عضو الفريق فرناندو أتريو بارانديلا، أستاذ الفيزياء النظرية بجامعة سالامانكا في إسبانيا.
لغز كوني واحد أو اثنين؟
لجأ الفريق إلى فيرمي وتلسكوبه الكبير المساحة (LAT)، الذي يقوم بمسح السماء بأكملها فوق الأرض عدة مرات في اليوم لجمع ومقارنة بيانات سنوات عديدة. ويأمل الباحثون أن يكون ضمن بيانات LAT نمط انبعاث ثنائي القطب يمكن اكتشافه في أشعة جاما.
وبسبب تأثيرات النسبية الخاصة وطبيعة الطاقة العالية لأشعة غاما، ينبغي أن يكون ثنائي القطب هذا بارزًا في هذه البيانات بخمسة أضعاف كما هو الحال في ضوء الموجات الميكروية منخفضة الطاقة للإشعاع CMB. ووجد الفريق شيئا يشبه هذا النمط، ولكن ليس في المكان الذي توقعوه.
“لقد وجدنا ثنائي القطب لأشعة جاما، ولكن ذروته تقع في السماء الجنوبية، بعيدًا عن CMB [peak]وقال عضو الفريق كريس شريدر، عالم الفيزياء الفلكية في الجامعة الكاثوليكية الأمريكية: “حجمها أكبر بعشر مرات مما كنا نتوقعه من حركتنا”. “على الرغم من أنها ليست ما كنا نبحث عنه، إلا أننا نشك في أنه قد يكون مرتبطًا إلى ميزة مماثلة تم الإبلاغ عنها بالنسبة للأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى.”
يوجد ثنائي القطب المقابل في زخات الجسيمات المشحونة عالية الطاقة التي تتكون من UHECRs عند وصولها إلى الأرض، والتي تم رصدها لأول مرة بواسطة مرصد بيير أوجيه في الأرجنتين في عام 2017.
على الرغم من أن هذه الجسيمات المشحونة تأخذ انحرافات من المجال المغناطيسي لمجرة درب التبانة والمجالات المغناطيسية الأخرى أثناء انتقالها نحو الأرض، وتعتمد قوة هذا الانحراف على طاقة الجسيم وشحنته، إلا أن ثنائي القطب UHECR لا يزال يصل إلى ذروته في موقع ما. على غرار المكان الذي عثر فيه كاشلينسكي وزملاؤه على مصدر أشعة جاما.
ويفترض الفريق أنه بسبب هذا الارتباط في الموقع، فمن المحتمل أن تكون أشعة جاما الغامضة وأشعة UHECR مرتبطة ببعضها البعض، خاصة بالنظر إلى أن المصادر غير المحددة هي التي تنتج كلتا الظاهرتين.
قصص ذات الصلة:
– تم العثور على 300 نجم نيوتروني منفجر بأشعة جاما بكميات ضخمة – وبعضها عبارة عن “نجوم نابضة عنكبوتية”
– تلسكوب فيرمي التابع لناسا: دراسة الكون عالي الطاقة
– قد يفسر نوع جديد من النجوم النابضة كيفية تطور أنظمة “الأرملة السوداء” الغامضة
يريد علماء الفلك الآن التحقق من مواقع هذه الانبعاثات لتحديد مصدر، أو ربما مصادر، هذا الضوء فائق الطاقة وهذه الجزيئات ذات الطاقة العالية للغاية لمعرفة ما إذا كانت متصلة بالفعل وما إذا كانت تمثل لغزًا كونيًا واحدًا يجب حله أو حله. اثنين.
تم تقديم النتائج التي توصل إليها الفريق في الاجتماع 243 للجمعية الفلكية الأمريكية في نيو أورليانز، لويزيانا، من قبل كاشلينسكي وتمت مناقشتها في ورقة بحثية نشرت يوم الأربعاء (10 يناير)، في مجلة The Astrophysical Journal Letters.