تتعرض الأرض لقصف مستمر من قبل الأشعة الكونيةزخات من الجسيمات عالية الطاقة التي تنفجر كوكبنا من جميع الاتجاهات بسرعة قريبة من سرعة الضوء.
في حين أن هذا قد يبدو وكأنه مقدمة لغزو كائنات فضائية من الخيال العلمي، إلا أنها ظاهرة حقيقية كان العلماء على علم بها منذ أكثر من قرن. على الرغم من وصفها المثير، إلا أن الأشعة الكونية هي في الواقع عادية جدًا، فهي تمر عبر كوكبنا بشكل منتظم لدرجة أنه خلال نوم الليل المتوسط، سيكون لدى الشخص حوالي مليون من الأشعة الكونية التي تنتقل عبر جسمه، وفقًا لـ جامعة برمنجهام في المملكة المتحدة
على الرغم من انتشارها في كل مكان، لا تزال الأشعة الكونية تمثل أسرارًا علمية. بينما تضرب الأشعة الكونية ذات الطاقة البطيئة أرض ومن المعروف أنها تنشأ من شمس، يتدفق الآخرون ذوي الطاقات الأعلى إلى النظام الشمسي من العمق فضاء. أصول هذه الأشعة الكونية خارج المجموعة الشمسية أقل شهرة، بما في ذلك المصادر المشبوهة الثقوب السوداء و ال سوبر نوفا الانفجارات التي تشير إلى وفاة النجوم الضخمة.
متعلق ب: أسرار الفضاء: لماذا لا توجد أقمار غازية؟
“تم اكتشاف الأشعة الكونية هنا على الأرض منذ أكثر من 100 عام. ومع ذلك، لا يزال مصدرها غير معروف إلى حد كبير”، كما تقول جوليا تجوس، أستاذة الفيزياء والفيزياء. الفلك في جامعة الرور في ألمانيا، لموقع Space.com عبر البريد الإلكتروني. “تصل هذه الجسيمات الصغيرة إلى طاقات تتجاوز بكثير ما يمكننا الوصول إليه هنا على الأرض. نحن نحاول حل لغز عمره الآن أكثر من 100 عام وجمع القطع معًا ببطء ولكن بثبات.”
ما هي الأشعة الكونية؟
الأشعة الكونية عبارة عن تيارات من الجسيمات عالية الطاقة التي تصطدم بالأرض الغلاف الجوي للأرض بسرعة قريبة من الضوء. تم اكتشافها في القرن العشرين، و مصطلح “الأشعة الكونية” صاغه الفيزيائي روبرت ميليكان في عام 1925.
ومنذ ذلك الحين، قرر العلماء أن تريليونات من الأشعة الكونية تضرب الأرض كل يوم، لكن الغالبية العظمى منها محجوبة بواسطة إشعاعات الكوكب. الغلاف المغناطيسي والجو.
أكثر من 90% من الأشعة الكونية عبارة عن نوى هيدروجين (بروتونات مفردة)، و9% عبارة عن نوى ذرية للهيليوم، و1% عبارة عن نوى عناصر ثقيلة تصل إلى الحديد، وفقًا لجامعة شيكاغو. وتسمى هذه “الجسيمات الهادرونية” لأنها تتكون من الهادرونات، مثل البروتونات و النيوتروناتوالتي تتكون من جسيمات أساسية تسمى جسيمات دون الذرية.
“هناك أيضا الإلكترونات والبوزيترونات [the antiparticles of electrons] تأتي إلينا في صورة أشعة كونية ولكن بأعداد أقل من الجسيمات الهادرونية. وقال تيوس: “غالباً ما تسمى هذه إلكترونات الأشعة الكونية”. “في بعض الأحيان، يشمل الناس أيضًا الجسيمات المحايدة عالية الطاقة – الفوتونات و النيوترينوات – في مصطلح الأشعة الكونية، ولكن في معظم التعاريف، يتم الاحتفاظ بها بشكل منفصل.
كيف تصبح الأشعة الكونية نشطة للغاية؟
إن جوهر لغز الأشعة الكونية هو كيف يمكن لهذه الجسيمات أن تصل إلى مثل هذه الطاقات المذهلة التي تجعلها تتسارع إلى مسافة قريبة سرعة الضوء.
“نحن نعرف طاقات الأشعة الكونية جيدًا – الكون قال تيوس: “يؤدي بطريقة ما إلى تسريع الجسيمات حتى 10²⁰ (1 متبوعًا بـ 20 صفرًا) إلكترون فولت (eV). وبالمقارنة، فإن المسرعات المرتبطة بالأرض، مثل مصادم هادرون الكبير (LHC) في CERN، يمكنه فقط تسريع الجسيمات حتى 10¹³ eV، وهو أقل بكثير مما يمكن أن يحققه الكون. إن آلية كيفية تسريع الجسيمات إلى هذه الطاقات القصوى غير مفهومة.”
أحد الاقتراحات هو أنه يمكن تسريع الجسيمات إلى مثل هذه الطاقات عن طريق جبهة الصدمة التي تنشأ عندما تصطدم مادة تسير بسرعة عالية بشكل لا يصدق بوسط أبطأ الحركة، مما يؤدي إلى تغيير مفاجئ في الأخير. وهذا من شأنه أن يولد مجالًا مغناطيسيًا مضطربًا يمكن أن يكون بمثابة مسرع طبيعي وقوي للجسيمات الكونية.
إحدى الطرق المحتملة لتوليد مثل هذه الظروف ستكون في المستعر الأعظم، وهو الانفجار الذي يحدث عندما يموت نجم ضخم. من شأن هذا الانفجار أن يرسل الطبقات الخارجية للنجم تندفع بسرعات لا تصدق حتى تصطدم هذه المادة النجمية في النهاية بالنجم وسط بين النجوم — سحب غازية بطيئة الحركة بين النجوم – خلق بقايا سوبر نوفا متوهجة.
“إن بقايا المستعرات الأعظم هي مرشحات معقولة للأشعة الكونية التي تأتي من داخل الكون درب التبانة. هناك أدلة على أن بقايا المستعر الأعظم يمكنها تسريع الجسيمات حتى طاقات تبلغ حوالي GeV [around 10⁹ to 10¹² eV]قال تيوس. “في أعلى الطاقات، حوالي 10²⁰ إلكترون فولت، نعلم أن هذه الجسيمات يجب أن تأتي من مجرات أخرى.”
وقالت إن أحد المصادر المعقولة لهذه الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية هو نوى المجرة النشطة (AGN)، وهي مراكز المجرات النشطة التي تتغذى من خلال التغذية. الثقوب السوداء الهائلة بكتلة ملايين أو مليارات المرات كتلة الشمس.
الثقوب السوداء فائقة الكتلة AGN محاطة بمادة تتغذى عليها تدريجيًا، والتي تدور حولها أيضًا بتأثير جاذبيتها الهائل، مما يجعلها تتوهج بشكل أكثر سطوعًا من الضوء المشترك لكل نجم في محيطها. galaxy. يمكن توجيه المادة الموجودة في هذه المناطق والتي لا يتم تغذيتها إلى الثقب الأسود المركزي الهائل إلى أقطاب الثقب الأسود، حيث يتم إطلاقها على شكل نفاثات من المادة بسرعة قريبة من سرعة الضوء. عندما تضرب هذه النفاثات المواد البينجمية المحيطة، يمكن أن يؤدي هذا الاصطدام أيضًا إلى توليد أشعة كونية.
مصدر آخر محتمل للأشعة الكونية يمكن أن يسمى بالمجرات النجمية – أي تلك التي تمر بمعدل مرتفع بشكل استثنائي من تكوين النجوم – والتي تستضيف انفجارات أشعة جاما“، قال تجوس.
ولكن إذا كانت الأشعة الكونية تأتي من بعض الأحداث الأكثر عنفاً وضوحاً في الكون، فلماذا يكافح علماء الفلك لتتبع هذه الجسيمات المشحونة وصولاً إلى هذه المصادر؟
آلة الكرة والدبابيس الكونية
أحد أسباب صعوبة العثور على مصادر الأشعة الكونية هو أنها مصنوعة من جسيمات مشحونة تتأثر بالمجالات المغناطيسية. وعندما تواجه هذه الجسيمات مجالات مغناطيسية أثناء رحلاتها الطويلة عبر الفضاء للوصول إلينا، فإنها تنحرف.
لذا، بحلول الوقت الذي تصل فيه الأشعة الكونية من خارج المجرة إلى الأرض بعد سفرها بملايين أو مليارات من المسافات سنة ضوئيةلقد تم انحرافها وإعادة توجيهها عدة مرات، وترتد حول الكون مثل الكرة في آلة الكرة والدبابيس السماوية. وهذا يجعل إعادة بناء المسار الأصلي شبه مستحيل، ولكن قد تكون هناك طريقة غير مباشرة للقيام بذلك.
وأوضح تجوس: “عندما تتفاعل الأشعة الكونية مع الغاز، تؤدي هذه التفاعلات إلى إنتاج الفوتونات والنيوترينوات. وهي جسيمات محايدة تنتقل بشكل مستقيم، وبالتالي يمكن أن تكشف بشكل غير مباشر عن أصل الأشعة الكونية”.
قصص ذات الصلة:
– لماذا لا توجد أقمار غازية؟
– هل تتحرك الشمس في النظام الشمسي؟
– لماذا تنقلب الأقطاب المغناطيسية للأرض؟
حاليًا، تتم دراسة الأشعة الكونية عبر نطاق واسع من الطاقات، من 10⁹ فولت إلى 10²⁰ فولت، حيث ينظر العلماء إلى كل شيء بدءًا من تركيبات الأشعة الكونية وحتى اتجاهاتها المفضلة في السماء. يعتقد تيوس أنه من خلال الجمع بين النمذجة ثلاثية الأبعاد والقياسات الدقيقة للنيوترينوات والفوتونات المرتبطة بالأشعة الكونية، يمكن إحراز تقدم في فهم من أين تأتي الأشعة الكونية وكيف يتم إطلاقها بمثل هذه الطاقات المذهلة.
وقال تيوس: “لا يمكن حل لغز الأشعة الكونية إلا من خلال تجميع أجزاء مختلفة من المعلومات من مختلف الرسل الذين تم رصدهم”. “اعتبارًا من اليوم، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من المراصد التي توفر أجزاء مختلفة من المعلومات.”