حدد العلماء معجلًا ينتج البروتونات ذات الطاقة الأعلى في مجرتنا، وهو اكتشاف يمكن أن يوضح طبيعة الجسيمات سريعة الحركة التي تملأ الفضاء بين النجوم.
عبر درب التبانةتتسابق الجسيمات المشحونة عبر الفضاء بطاقة تفوق قدرة أقوى المسرعات الموجودة على الأرض. تتكون هذه الجسيمات، المعروفة باسم الأشعة الكونية، بشكل أساسي من البروتونات، مع عدد أقل من الإلكترونات. يحمل بعضها طاقة أكبر من الجسيمات التي تم تسريعها بواسطة مصادم الهادرونات الكبير بالقرب من حدود سويسرا وفرنسا، على الرغم من أن تلك الآلة تدفع البروتونات إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء.
مجموعة دولية بقيادة جامعة هيروشيما لقد حدد الآن بشكل قاطع مصدرًا مجريًا قادرًا على تسريع بروتونات الأشعة الكونية إلى أعلى الطاقات. ومن خلال الجمع بين الملاحظات من ثلاث منشآت رئيسية على الأرض وفي الفضاء، حدد الباحثون طبيعة جسم يسمى LHAASO J1912+1014u. قد تساعد النتيجة في تفسير أصل وسلوك الجسيمات النشطة التي تنتقل عبر الفضاء بين النجوم وتؤثر على العمليات عبر درب التبانة.
ونشرت النتائج في ال مجلة الفيزياء الفلكية.
مصدر واحد يمسح عتبة PeVatron
وقال المؤلف الأول والمراسل للدراسة تسونيفومي ميزونو، الأستاذ المشارك في مركز هيروشيما لعلوم الفيزياء الفلكية بجامعة هيروشيما: “هذه الطاقة الهائلة تجعل الأشعة الكونية مهمة في علم الفلك والفيزياء الفلكية”. وأوضح أن هذه الطاقات تقاس بالإلكترون فولت، وهي الطاقة التي يكتسبها الإلكترون عندما ينتقل من حالة الراحة ويزيد من إمكاناته الكهربائية بمقدار فولت واحد. “أعلى طاقة للأشعة الكونية المجرية يمكن أن تصل وتتجاوز كوادريليون (1015) إلكترون فولت، أو بيتا إلكترون فولت (PeV). العثور على مسرع بروتون للأشعة الكونية أعلى من مستوى PeV، يسمى بروتون PeVatron، هو أحد أكثر المواضيع إثارة في الفيزياء الفلكية الحديثة، وقد حددنا أحد هذه الأجسام المعروف سابقًا باسم LHAASO J1912 + 1014u.”
منذ عام 1990، نجحت تجربة التبت AS جاما بقيادة اليابان والصين، والتي أعقبها مرصد الدش الهوائي الكبير عالي الارتفاع في الصين (LHAASO)، في الكشف عن العشرات من مصادر أشعة جاما فوق 0.1 إلكترون فولت. وكان من بينها LHAASO J1912+1014u.
أشعة جاما هي الشكل الأكثر نشاطًا للإشعاع الكهرومغناطيسي ويمكن إنتاجها حيث يتم تسريع الأشعة الكونية. طاقاتها عادة ما تكون حوالي عُشر طاقات جسيمات الأشعة الكونية التي خلقتها، مما يجعل مصادر أشعة غاما دون PeV مرشحة محتملة لـ PeVatron. اقترح العمل السابق أن LHAASO J1912 + 1014u قد يكون أ النجم النابض سديم الرياح أو أي بقايا أخرى من انفجار نجمي ضخم.
قال ميزونو: “ومع ذلك، فإن البيانات الواردة من تجارب Tibet AS gamma وLHAASO وحدها لا يمكنها تحديد بروتون PeVatrons بوضوح، لأن إلكترونات الأشعة الكونية PeV يمكن أن تنتج أيضًا أشعة غاما ذات طاقة منخفضة”، موضحًا أن دقة صورة التجارب محدودة، لذلك لا يستطيع الباحثون التعمق بما يكفي لتأكيد بروتون PeVatron.
توفر ثلاثة مراصد الأدلة المفقودة
وقد جمعت مراصد أخرى المعلومات اللازمة للتمييز بين تسارع البروتون والإلكترون. وشملت هذه ناساتلسكوب فيرمي كبير المساحة (Fermi-LAT)، الذي شارك في تطوير أجهزته وتشغيله جامعة هيروشيما، والمسح التصويري لطائرة المجرة غير المتحيزة FOREST اليابانية باستخدام تلسكوب نوبياما الذي يبلغ طوله 45 مترًا (FUGIN)، ومرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا.
تم اكتشاف LHAASO J1912+1014u في عام 2024 في كوكبة العقاب، بالقرب من الطائر، وهو أحد النجوم الثلاثة التي تشكل المثلث الصيفي. اعتبر علماء الفلك في البداية الجسم بمثابة بقايا مستعر أعظم، لكن هذا التفسير تغير بعد اكتشاف انبعاثات تتجاوز 100 تيرا إلكترون فولت.
وقال ميزونو: “باستخدام بيانات من تجارب متعددة، قمنا بدراسة LHAASO J1912 + 1014u بالتفصيل”. وأشار إلى أن التجارب توفر بيانات عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية من الراديو إلى أشعة جاما، مما يتيح إجراء هذا البحث الواسع من خلال نمذجة شاملة للأطوال الموجية المتعددة.
قام Fermi-LAT بقياس أشعة جاما ذات طاقات قريبة من واحد جيجا إلكترون فولت (GeV)، أي ما يعادل مليار إلكترون فولت. قدمت شاندرا عمليات رصد للأشعة السينية منخفضة الطاقة، في حين تتبعت FUGIN انبعاثات راديوية منخفضة الطاقة. عندما تم دمج هذه القياسات مع عمليات رصد تيرا إلكترون فولت (TeV) من LHAASO وأدوات أخرى، تمكن الباحثون من إعادة بناء المصدر عبر نطاق واسع من الطاقة واختبار التفسيرات المتنافسة.
ثلاثة أدلة تحدد تسارع البروتون
أشارت ثلاثة أدلة إلى بروتون بيفاترون. أولاً، امتد انبعاث أشعة جاما بشكل مستمر من أكثر من 100 تريليون إلكترون فولت إلى 400 مليون إلكترون فولت. وفقًا لميزونو، فإن شكل ومدى هذا الانبعاث جعل من غير المحتمل وجود مسرع للإلكترونات لأسباب تتعلق بالطاقة.
ثانيًا، تتبعت خريطة أشعة جاما GeV عن كثب توزيع الغاز بين النجوم الذي تم قياسه في عمليات الرصد الراديوية FUGIN. ومن المتوقع حدوث هذا الاتصال عندما تصطدم البروتونات عالية الطاقة بالغاز المحيط وتولد أشعة جاما.
ثالثًا، اكتشف تشاندرا فقط انبعاثًا ضعيفًا جدًا للأشعة السينية. من المتوقع أن تنتج مجموعة قوية من الإلكترونات عالية الطاقة أشعة سينية أقوى، لذا فإن غيابها يدعم تسارع البروتونات.
وقال ميزونو: “تم إنجاز هذا البحث من خلال جهد جماعي. هناك مثل ياباني قديم يقول: “من السهل كسر سهم واحد، ولكن ثلاثة أسهم مجمعة معًا لا يمكن كسرها”. “في هذه الدراسة، تم تجميع ثلاثة أسهم – بيانات أشعة غاما Fermi-LAT GeV، وبيانات راديو FUGIN وبيانات Chandra X-ray – معًا من خلال نمذجة مفصلة متعددة الأطوال الموجية، مما يكشف أن هدفنا، LHAASO J1912 + 1014u، هو بروتون الأشعة الكونية PeVatron.”
بالإضافة إلى تحديد الجسم على أنه بروتون بيفاترون، أكد ميزونو أن التحليل كشف أيضًا عن خصائص الجسيمات التي يتم تسريعها، وهي المعلومات اللازمة لفهم المصدر نفسه. لا تزال العشرات من البروتونات المحتملة الأخرى من نوع PeVatron موجودة في مجرة درب التبانة، ويخطط الباحثون الآن لفحص هؤلاء المرشحين بشكل منهجي.
المرجع: “سيناريو هادرونيك لـ Galactic PeVatron LHAASO J1912+1014u” بقلم تسونيفومي ميزونو وهيديتوشي سانو وتاكيرو موراسي وتوموهيكو أوكا وهيروماسا سوزوكي وناوهيتو ناكاهارا، 16 يوليو 2026، مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-4357/ae680d
تم تنفيذ هذا العمل جزئيًا بموجب عقد وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) DE-AC02-76SF00515. تم دعم هذا العمل أيضًا جزئيًا من خلال منحة دعم الأبحاث الجامعية من المرصد الفلكي الوطني في اليابان (NAOJ)؛ الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (JSPS) كاكينهي (23K25882، 23H04895، 22H00152، 24H00246، 24K17093).
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
