قد تزود النجوم النابضة أشعة كونية بأعلى طاقات معروفة في الكون


قد تكون البقايا العاصفة والفوضوية المحيطة بالنجوم التي انفجرت مؤخرًا تطلق أسرع الجسيمات في الكون.

تثير النجوم النيوترونية ذات المغناطيسية العالية والمعروفة باسم النجوم النابضة رياحًا مغناطيسية سريعة وقوية. عندما تعلق الجسيمات المشحونة ، خاصة الإلكترونات ، في تلك الظروف المضطربة ، يمكن تعزيزها للطاقات القصوى، تقرير علماء الفيزياء الفلكية 28 أبريل في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. علاوة على ذلك ، يمكن لهذه الإلكترونات النشيطة المضي قدمًا في تعزيز بعض الضوء المحيط إلى طاقات شديدة الشدة ، وربما تخلق فوتونات أشعة غاما عالية الطاقة للغاية التي قادت علماء الفلك إلى اكتشاف قاذفات الجسيمات هذه في المقام الأول.

“هذه هي الخطوة الأولى في استكشاف العلاقة بين النجوم النابضة وانبعاثات الطاقة فوق العالية” ، كما يقول عالم الفيزياء الفلكية Ke Fang من جامعة ويسكونسن ، ماديسون ، والذي لم يشارك في هذا العمل الجديد.

في العام الماضي ، أعلن باحثون من مرصد الدش الهوائي العالي الارتفاع ، أو LHAASO ، في الصين عن اكتشاف تم اكتشاف أشعة جاما عالية الطاقة على الإطلاق، حتى 1.4 كوادريليون إلكترون فولت (SN: 2/2/21). هذا ما يقرب من 100 مرة من الطاقة مثل أعلى الطاقات التي يمكن تحقيقها مع مسرع الجسيمات الأول في العالم ، مصادم الهادرون الكبير بالقرب من جنيف. يمكن أن يشير تحديد سبب هذه وأشعة جاما الأخرى عالية الطاقة ، حرفيًا ، إلى مواقع الأشعة الكونية – البروتونات النشيطة ، والنوى الذرية الثقيلة والإلكترونات التي تقصف الأرض من أماكن خارج نظامنا الشمسي.

يُعتقد أن بعض أشعة جاما تنشأ في نفس المناطق المحيطة مثل الأشعة الكونية. إحدى طرق إنتاجها هي أن الأشعة الكونية ، بعد وقت قصير من إطلاقها ، يمكنها أن تصطدم بفوتونات محيطة منخفضة الطاقة نسبيًا ، مما يدفعها إلى أشعة جاما عالية الطاقة. لكن الأشعة الكونية المشحونة كهربائيًا تتلألأ بواسطة الحقول المغناطيسية للمجرة ، مما يعني أنها لا تسافر في خط مستقيم ، مما يعقد الجهود لتتبع الجسيمات الرشيقة إلى مصدرها. ومع ذلك ، فإن أشعة جاما لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية ، لذلك يمكن لعلماء الفيزياء الفلكية تتبع مساراتهم الثابتة والعودة إلى أصولها – ومعرفة مكان تكوّن الأشعة الكونية.

تحقيقا لهذه الغاية ، تتبع فريق LHAASO مئات فوتونات أشعة جاما التي اكتشفها إلى 12 بقعة في السماء. بينما حدد الفريق مكانًا واحدًا باسم سديم السلطعون، بقايا مستعر أعظم على بعد 6500 سنة ضوئية من الأرض ، اقترح الباحثون أن الباقي يمكن أن يرتبط بمواقع أخرى للانفجارات النجمية أو حتى عناقيد النجوم الضخمة الشابة (SN: 24/6/19).

في الدراسة الجديدة ، ركزت عالمة الفيزياء الفلكية Emma de Oña Wilhelmi وزملاؤها على إحدى نقاط الأصل المحتملة: سديم الرياح النجمية ، وسحب الاضطراب والجسيمات المشحونة المحيطة بالنجم النابض. لم يكن الباحثون مقتنعين بأن مثل هذه المواقع يمكن أن تخلق مثل هذه الجسيمات عالية الطاقة والضوء ، لذلك شرعوا في إظهار من خلال الحسابات أن سدم الرياح النجمية لم تكن مصادر لأشعة جاما الشديدة. “لكن لدهشتنا ، رأينا في الظروف القاسية للغاية ، يمكنك شرح جميع المصادر [that LHAASO saw]يقول دي أونيا فيلهلمي ، عن الإلكترون السنكروترون الألماني في هامبورغ.

يمكن للنجوم النابضة الصغيرة الموجودة في قلب هذه السدم – التي لا يزيد عمرها عن 200000 عام – أن توفر كل ذلك الجاذبية بسبب مجالاتها المغناطيسية فائقة القوة ، والتي تخلق فقاعة مغناطيسية مضطربة تسمى الغلاف المغناطيسي.

يقول دي أونا فيلهلمي إن أي جسيمات مشحونة تتحرك في مجال مغناطيسي مكثف تتسارع. هذا كيف مصادم هادرون كبير يعزز الجسيمات للطاقات القصوى (SN: 4/22/22). ومع ذلك ، يقدر الفريق أن المسرع الذي يعمل بالنابض يمكن أن يعزز الجسيمات إلى طاقات أعلى. ذلك لأن الإلكترونات تهرب من الغلاف المغناطيسي للنجم النابض وتلتقي مع المواد والمجالات المغناطيسية من الانفجار النجمي الذي خلق النجم النابض. وجد الفريق أن هذه الحقول المغناطيسية يمكن أن تزيد من تسريع الإلكترونات إلى طاقات أعلى ، وإذا اصطدمت تلك الإلكترونات بالفوتونات المحيطة ، فيمكنها تعزيز جسيمات الضوء هذه إلى طاقات فائقة ، وتحويلها إلى أشعة جاما.

يقول فانغ: “النجوم النابضة هي بالتأكيد مسرعات قوية جدًا ، وفي عدة أماكن يمكن أن يحدث فيها تسارع الجسيمات”.

وقد يؤدي ذلك إلى القليل من الارتباك. تلسكوبات أشعة جاما لها رؤية ضبابية جدًا. على سبيل المثال ، يمكن لـ LHASSO جعل التفاصيل صغيرة فقط مثل نصف حجم البدر. لذا فإن مصادر أشعة جاما التي اكتشفها التلسكوب تبدو مثل الفقاعات أو الفقاعات ، كما يقول دي أونا ويلهيلمي. يمكن أن يكون هناك العديد من المصادر النشطة داخل تلك النقط ، دون حل للمراصد الحالية.

“مع دقة زاوية أفضل وحساسية أفضل ، يجب أن نكون قادرين على تحديد ما [and] حيث يوجد المسرع “. عدد قليل من المراصد المستقبلية – مثل مجموعة تلسكوب شيرينكوف و ال مرصد أشعة جاما واسع المجال الجنوبي – يمكن أن يساعد ، لكن ما زالوا على بعد عدة سنوات.



المصدر

ندى عبدالرحمن
مهتمة في العلوم والفضاء خاصةً محبة للتقنية اعمل كاتبة في موقع اراود