إن انفجارات أشعة غاما من النجوم البعيدة ، كما هو موضح في الرسم التوضيحي لهذا الفنان ، هي أحد المصادر المحتملة لـ "جسيمات OMG" فائقة القوة التي تضرب أحيانًا كاشفات العلماء على الأرض.
(الصورة: © NASA / SkyWorks Digital)
بول سوتر عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية أوهايو وكبير العلماء في مركز علوم COSI. Sutter هو أيضا المضيف "اسأل رائد فضاء" و "راديو الفضاء" ، ويقود AstroTours حول العالم. ساهم سوتر بهذا المقال في أصوات خبراء Space.com: Op-Ed & Insights.
الآن ، بينما تقرأ هذا النص بالذات ، يتم تشريح الحمض النووي الخاص بك بواسطة رصاصات صغيرة غير مرئية. يُعرف تجار الضرر بالأشعة الكونية ، على الرغم من أنهم ليسوا أشعة على الإطلاق - لكن الاسم عالق من سوء فهم تاريخي. بدلاً من ذلك ، فهي جسيمات: الإلكترونات والبروتونات ، في الغالب ، ولكن في بعض الأحيان أشياء أثقل مثل الهليوم أو حتى نوى الحديد.
هذه الجسيمات الكونية هي مشكلة ، لأنها أ) سريعة ، ولديها الكثير من الطاقة الحركية التي تقذفها و ب) مشحونة كهربائيًا. هذا يعني أنها يمكن أن تؤين نيوكليوتيداتنا الحمض النووي الفقيرة ، وتمزيقها ، وأحيانًا تؤدي إلى أخطاء تكرار لا يمكن السيطرة عليها (المعروف أيضًا باسم السرطان). ["Superstar" Eta Carinae يتصرف مثل بندقية أشعة كونية عملاقة ، ولكن لماذا؟]
كما لو أن هذا لم يكن سيئًا بما فيه الكفاية ، من حين لآخر ، مرة واحدة تقريبًا لكل كيلومتر مربع في السنة ، يأتي الجسيم يصرخ في الغلاف الجوي العلوي بسرعة وحشية حقًا ، يطرق جزيء النيتروجين أو الأكسجين التعثر ويتدفق إلى دش جزيئات ثانوية منخفضة الطاقة (لكنها لا تزال مميتة بالطبع).
لا يوجد سوى رد واحد مناسب عند مواجهة جسيم له هذه الإمكانيات الخارقة: "OMG".
فاستبولز
كان "OMG" هو اللقب الذي أطلق على المثال الأول لما يعرف الآن بالأشعة الكونية فائقة الطاقة ، تم اكتشافه في عام 1991 بواسطة كاشف الأشعة الكونية في Fly's Eye في جامعة يوتا. اصطدم هذا البروتون المنفرد في غلافنا الجوي بسرعة 99.9999999999999999999995151 تقريبًا من سرعة الضوء. لا ، كل هذه التسعات ليست فقط للتأثير الدرامي لجعل الرقم يبدو مثيرًا للإعجاب - لقد كان حقًا بهذه السرعة. كان لهذا الجسيم نفس المقدار من الطاقة الحركية مثل كرة البيسبول الملقاة ... مضغوطة في جسم بحجم البروتون.
هذا يعني أن هذا الجسيم لديه طاقة أكثر من 10 مليون مرة مما يمكن أن ينتجه مصادم الجسيمات الأقوى ، LHC. نظرًا لتمدد الوقت النسبي ، بهذه السرعة ، يمكن لجزيء OMG أن ينتقل إلى أقرب نجم مجاور لنا ، بروكسيما سنتوري ، في 0.43 مللي ثانية من وقت الجسيم. يمكن أن تستمر إلى قلب المجرة لدينا عندما تنتهي من قراءة هذه الجملة (من منظورها الخاص).
OMG ، في الواقع.
منذ اكتشاف هذا الجسيم ، واصلنا مراقبة سماء هذه الأحداث المتطرفة باستخدام التلسكوبات والكاشفات المتخصصة في جميع أنحاء العالم. في النهاية ، سجلنا حوالي مائة من جزيئات فئة OMG في العقود القليلة الماضية.
هذه الأمثلة القليلة توضح وتعمق أسرار أصولها. المزيد من البيانات جيدة دائمًا ، ولكن ما هيك في عالمنا قويًا بما يكفي لإعطاء البروتون صدعًا جيدًا بما يكفي يمكنه تقريبًا - تقريبًا - من تحدي الضوء نفسه لسباق؟
المفاصل
لتسريع الجسيمات المشحونة إلى السرعات المجنونة ، تحتاج إلى مكونين رئيسيين: الكثير من الطاقة والمجال المغناطيسي. يقوم المجال المغناطيسي بنقل الجسيمات مهما كانت طاقاتك في الحدث (على سبيل المثال ، الطاقة الحركية المتفجرة لانفجار المستعر الأعظم أو سحب الجاذبية الدوارة عندما تسقط المادة باتجاه ثقب أسود). بطبيعة الحال ، فإن الفيزياء التفصيلية معقدة للغاية وغير مفهومة جيدًا. إن أماكن ولادة الأشعة الكونية معقدة بشكل مرعب وتقع في المناطق المتطرفة من كوننا ، لذلك سيكون من الصعب الحصول على صورة مادية كاملة.
لكن لا يزال بإمكاننا إجراء بعض التخمينات المتعلمة حول مصدر الأمثلة المتطرفة مثل صديقنا جسيم OMG. قد يكون تخميننا الأول هو المستعرات الأعظمية ، والموت الضخم للنجوم الضخمة. المجالات المغناطيسية؟ التحقق من. الكثير من الطاقة؟ التحقق من. ولكن ليس هناك ما يكفي من الطاقة للقيام بالخدعة. إن انفجار نجمتك المتنوعة في حديقتك ليس لديه ما يكفي من الجاذبية الخام لبصق الجسيمات بالسرعة التي نفكر فيها.
ماذا بعد؟ نوى المجرة النشطة هي منافس قوي. يتم إنشاء هذه النوى أثناء دوران المادة إلى هلاكها حول ثقب أسود فائق الكتلة يقع في مركز المجرة. تقوم تلك المواد بالضغط والتسخين ، لتشكيل قرص تنامي في لحظاته الأخيرة. يولد هذا الجحيم الملتوي حقولًا مغناطيسية مكثفة من أعمال الدينامو ، مما يشكل مزيجًا قويًا من المكونات اللازمة لإضافة بعض القدرة الحصانية الجسيمة للجسيمات المقذوفة.
باستثناء (وكنت تعلم أنه سيكون هناك "استثناء") ، فإن نوى المجرة النشطة بعيدة جدًا عن إنتاج أشعة كونية تصل إلى الأرض. عند السرعات المضحكة لأشعة كونية فائقة الطاقة ، فإن الإبحار عبر الكون أشبه بمحاولة الحراثة عبر عاصفة ثلجية. ذلك لأنه في هذه السرعات ، تبدو الخلفية الميكروية الكونية - تدفق الفوتونات منخفضة الطاقة المتبقية من الكون المبكر جدًا - مشوشة للغاية نحو طاقات أعلى. لذا ، فإن تلك الضوء الخفيف عالي الكثافة يتدحرج ويتدفق في الأشعة الكونية المتنقلة ، مما يبطئها ويوقفها في النهاية.
وبالتالي ، لا ينبغي أن نتوقع أن تسافر أشعة كونية أقوى مسافات أبعد من مائة مليون سنة ضوئية أو ما شابه - ومعظم نوى المجرات النشطة أبعد كثيرًا عنا.
كرات منحنية
لفترة طويلة ، كان المشتبه به الرئيسي لجيل OMG هو Centaurus A ، وهي نواة مجرة نشطة قريبة نسبيًا تقع في مكان ما بين 10 ملايين و 16 مليون سنة ضوئية. قوي ومغناطيسي وقريب - المجموعة المثالية. ولكن في حين ألمحت بعض الاستطلاعات إلى أن الأشعة الكونية قد تأتي من اتجاهها العام ، لم يكن هناك أبدًا ارتباط واضح بما يكفي لتحريك تلك المجرة من المشتبه به إلى المدان. [نظرة عميقة على المجرة الغريبة Centaurus A]
جزء من المشكلة هو أن المجال المغناطيسي الخاص بدرب التبانة يغير بمهارة مسار الأشعة الكونية القادمة ، ويخفي اتجاهاتها الأصلية. لذا ، لإعادة بناء مصدر الأشعة الكونية ، تحتاج أيضًا إلى نماذج لقوة واتجاهات المجال المغناطيسي لمجرتنا - وهو أمر لا نملك مقبضًا كاملاً.
إذا كان مولد OMG ليس Centaurus A في حد ذاته ، فربما تكون مجرات سيفرت ، وهي فئة فرعية مجرية معينة بشكل عام أقرب ، وأضعف بشكل عام (ولكنها لا تزال مشرقة بجنون وقوية) نوى مجرة نشطة. ولكن مرة أخرى ، مع عدم وجود مائة عينة يمكن الاعتماد عليها ، من الصعب تحديد إحصائي دقيق.
ربما تكون انفجارات أشعة جاما ، يعتقد أنها تنبع من النهاية الكارثية الغريبة لبعض النجوم الأكثر تطرفًا. لكن فهمنا لفيزياء تلك الحالة (هل تصدق ذلك؟) سطحي نوعًا ما.
ربما يكون شيئًا أكثر غرابة ، مثل العيوب الطوبولوجية من اللحظات الأولى للانفجار الكبير أو بعض التفاعلات غير التقليدية في المادة المظلمة. ربما نخطئ في الفيزياء ، وحسابات حدود المسافة ليست دقيقة. ربما ، ربما ، ربما ...
من الصعب تحديد الأصول الحقيقية لهذه الجسيمات عالية الطاقة "OMG" ، وعلى الرغم من ما يقرب من 30 عامًا من تاريخ الكشف ، ليس لدينا الكثير من الإجابات الثابتة. وهو أمر جيد - من الجيد أن تبقى على الأقل بعض الألغاز في الكون. يمكن أن يستخدم علماء الفيزياء الفلكية بعض الأمن الوظيفي أيضًا.
تعرف على المزيد من خلال الاستماع إلى الحلقة على بودكاست "اسأل رائد فضاء" المتوفر على iTunes وعلى الويب على http://www.askaspaceman.com. بفضل hchrissscottt على الأسئلة التي أدت إلى هذه القطعة! اطرح سؤالك على Twitter باستخدام #AskASpaceman أو باتباع PaulPaulMattSutter و facebook.com/PaulMattSutter. تابعونا علىSpacedotcom و Facebook و Google+. المقالة الأصلية على موقع Space.com.
