نجوم چند پیام رسان مطالعه پدیده های اخترفیزیکی، به ویژه با ترکیب مشاهده فوتون ها در طول موج های مختلف با طیف ذرات باردار با انرژی بالا که به مرزهای جو زمین می رسند، ممکن می سازد. برخی از این ذرات باردار پروتون هستند و شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد این پرتوهای کیهانی توسط انفجارهای ابرنواختری شتاب می گیرند.
[در ویدئو] تپ‌اختر «بیوه سیاه» جفت خود را می بلعد وقتی صحبت از عنکبوت‌ها به میان می‌آید، عنکبوت‌های بیوه سیاه کسانی هستند که همراهان خود را پس از جفت‌گیری می‌بلعند. و ستاره شناسان رفتار مشابهی را در آسمان مشاهده کرده اند. وقتی یک تپ اختر و یک ستاره کم جرم یک سیستم دوتایی را تشکیل می دهند. در مواجهه با تشعشعات ساطع شده توسط تپ اختر، ستاره شانس کمی برای زنده ماندن طولانی مدت دارد. (به انگلیسی) © NASA Goddard
همانطور که از خواندن مقاله قبلی Futura در زیر می توان دریافت، یک قرن از زمانی که نووسفر وجود پرتوهای کیهانی را کشف کرد می گذرد. این امر باعث شده است که دانش ما در مورد ذرات بنیادی را ارتقا دهیم و در گذر، وجود پادماده را قبل از اینکه ذرات عجیب و غریب و وجود زودگذری که در پرتوهای کیهانی نشان داده شده است، توسط برخورد ذرات در انرژی های بالاتر و بالاتر ایجاد شده باشد، نشان دهیم.
مطالعه پرتوهای کیهانی همچنان ادامه دارد، زیرا برخی از ذرات موجود به انرژی هایی شتاب داده شده اند که حتی با LHC امروزه نمی توان به آنها دست یافت، اما همچنین به این دلیل که آنها اطلاعاتی در مورد پدیده های اخترفیزیکی ارائه می دهند. برای مثال، مطالعه نوترینوهای کیهانی می‌تواند به ما در درک هسته‌های فعال کهکشان‌ها کمک کند که با چرخاندن سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم که ماده را برافزایش می‌دهند، انرژی تامین می‌شود.
اما همانطور که Futura قبلاً توضیح داد، یک مشکل وجود دارد. پرتوهای کیهانی عمدتاً ذرات باردار هستند، به این معنی که در میدان‌های مغناطیسی متلاطم داخل کهکشان‌ها توسط این میدان‌ها منحرف می‌شوند و با انجام یک حرکت براونی و در نتیجه تصادفی در آن‌ها حرکت می‌کنند. واضح است که جهتی که به نظر می رسد یک پروتون بسیار پرانرژی از آن روی طاق آسمانی می آید و با برخورد با هسته ای در اتمسفر فوقانی بارانی از ذرات ثانویه ایجاد می کند، ممکن است ربطی به محل پیدایش آن در همان طاق نداشته باشد. بهشت.
خوشبختانه، اخترفیزیکدانان باهوش هستند و ابزار و راهبردی برای ردیابی منشا برخی از این پروتون های پرانرژی در کهکشان راه شیری دارند. آنها به تازگی مقاله ای در این زمینه منتشر کرده اند که نسخه دسترسی آزاد آن را می توان در arXiv یافت.
PeVatron ها در منشأ برخی از پرتوهای کیهانی در واقع ابرنواختر خواهند بود. برای به دست آوردن ترجمه فرانسوی نسبتاً دقیق، روی مستطیل سفید در پایین سمت راست کلیک کنید. سپس باید زیرنویس انگلیسی ظاهر شود. سپس روی مهره سمت راست مستطیل، سپس بر روی “Subtitles” و در نهایت بر روی “Translate automatically” کلیک کنید. "فرانسوی" را انتخاب کنید. © مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا
این ابزار تلسکوپ گامای ناسا در فضا است که فرمی نامیده می شود و به افتخار فیزیکدان معروف ایتالیایی که اولین مکانیسم شتاب دهنده پرتوهای کیهانی را ارائه کرد، مکانیسم هایی که با شوک امواج انفجار ابرنواخترها در محیط بین ستاره ای مرتبط هستند.
چند سال پیش، همانطور که در مقاله Futura زیر به تفصیل توضیح داده شد، مشاهدات فرمی از بقایای ابرنواختر قبلاً وجود مکانیسم های پیشرفته برای پروتون های کیهانی را تأیید کرده بود، که در جاهای دیگر جزء اصلی پرتوهای کیهانی هستند، حتی اگر بتوان پوزیترون و هسته ها
بنابراین امروزه، اخترفیزیکدانان توضیح می دهند که آنها به طور مشابه حدود 12 سال اندازه گیری شار گامای فرمی را از یک باقیمانده ابرنواختر استفاده کردند و این اندازه گیری ها تأیید کرد که حداقل این باقیمانده واقعاً شتاب دهنده ای از پروتون ها است که به آنها انرژی حداقل برابر با PeV می دهد. یعنی حداقل 100 برابر انرژی یک پروتون شتاب گرفته در LHC.
این بقایای ابرنواختر که G106.3+2.7 نام دارد، بنابراین یک PeVatrons معتبر است و در صورت فلکی قیفاووس، یک صورت فلکی دور قطبی در نیمکره شمالی ، حدود 2600 سال نوری از منظومه شمسی قرار دارد. این تپ اختر در قلب خود یک تپ اختر به نام J2229+6114 دارد که ما دلایل زیادی داریم که فکر کنیم مانند تمام تپ اخترهای دیگر، این یک ستاره نوترونی است که در اثر انفجار یک ستاره در مبدأ باقیمانده ابرنواختر G106 .3+2.7 باقی مانده است.
محققان با مطالعه داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط فرمی، طیف انرژی فوتون‌های گاما را بین 100 GeV تا 100 TeV تعیین کردند. این طیف با فوتون‌های گاما سازگار نیست که عمدتاً توسط الکترون‌های پرانرژی که با فوتون‌های تابش فسیلی برخورد می‌کنند و با دادن بخشی از انرژی آن‌ها مطابق با اثر کامپتون معکوس تولید می‌شوند (می‌دانیم که تپ‌اخترها شتاب‌دهنده‌های الکترون و پوزیترون هستند) تولید می‌شوند. . اگر الکترون بود، با شکل طیف در حوزه رادیویی و X مرتبط با G106.3+2.7 در تضاد بود.
مانند چند سال پیش، بنابراین به این نتیجه رسیدیم که فوتون‌های گاما مشاهده‌شده توسط فرمی از فروپاشی مزون‌های π خنثی، مزون‌های π تولید شده در اثر برخوردهای شامل پروتون‌ها در انرژی‌هایی که می‌توانند به PeV برسند و از آن فراتر می‌روند، می‌آیند.
مقاله توسط Laurent Sacco، منتشر شده در 2013/02/18
برای دهه ها فرض شده است: حداقل برخی از پرتوهای کیهانی از مکانیسم های شتاب پروتون در بقایای ابرنواختر می آیند. پس از سال‌ها رصد در زمینه پرتوهای گاما با تلسکوپ فرمی، اخترفیزیک‌دانان به تازگی وجود پروتون‌هایی را تأیید کرده‌اند که با سرعت بالایی در دو بقایای ابرنواختر، IC 443 و W44، شتاب گرفته‌اند.
انریکو فرمی آخرین نظریه پردازی بود که علاوه بر اینکه یک آزمایشگر بزرگ بود، تمام فیزیک زمان خود را نیز می دانست. ما به او مدیون نظریه نسبیت عام، نظریه واپاشی بتا و البته ایجاد اولین توده اتمی هستیم. او در اواخر عمرش با پیشنهاد مکانیسم های شتاب بر روی منشا پرتوهای کیهانی کار کرد. © DP
در سال 1912، فیزیکدان اتریشی ویکتور فرانتس هس وجود پرتوهای کیهانی را کشف کرد. او با استفاده از آزمایش‌هایی که در یک بالن انجام شد، مشاهده کرد که میزان یون‌های موجود در اتمسفر با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد، در حالی که تا آن زمان برعکس تصور می‌شد، زیرا این پوسته زمین است که عناصر رادیواکتیو را در خود جای داده است. بنابراین این اندازه‌گیری‌ها در ارتفاع نشان می‌دهد که تشعشعات یونیزان از فضا می‌آیند و به لایه‌های بالایی جو برخورد می‌کنند.
در دهه‌های بعد، مطالعه پرتوهای کیهانی، کشف ذرات بنیادی جدید، مانند پیون‌ها و میون‌ها را ممکن کرد، قبل از اینکه شتاب‌دهنده‌هایی پس از جنگ جهانی دوم ساخته شوند، به اندازه‌ای قدرتمند که بتوانند آنها را مستقیماً در آزمایشگاه تولید کنند.
این تصویر ترکیبی که با عکس های گرفته شده توسط چندین تلسکوپ ساخته شده است، باقیمانده ابرنواختر IC 443 را نشان می دهد که در فاصله 5000 سال نوری از خورشید در صورت فلکی جوزا قرار دارد. گاهی اوقات به آن سحابی مدوسا می گویند. تشعشعات پرتو گاما مشاهده شده توسط فرمی در اینجا به رنگ سرخابی و آنهایی که در مرئی با رنگ زرد نشان داده شده اند. رنگ های دیگر مربوط به انتشار در مادون قرمز است. © NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration، NOAO/AURA/NSF، JPL-Caltech/UC
البته مسئله منشأ این پرتوها مطرح شد و در اوایل سال 1949، فیزیکدان بزرگ انریکو فرمی مکانیسم هایی را برای شتاب دادن ذرات باردار در ابرهای بین ستاره ای مغناطیسی پیشنهاد کرد. متعاقباً، عموماً پذیرفته شد که پرتوهای کیهانی احتمالاً وجود خود را مدیون انفجارهای ابرنواختر هستند و مکانیسم‌های فرمی، که در مجموع به عنوان شتاب فرمی شناخته می‌شوند، باید در بقایای ابرنواخترها کار کنند. اساساً عبور متوالی ذرات باردار از جلوی موج ضربه ای ناشی از انفجار یک ابرنواختر، به دلیل حرکات براونی، گاهی می تواند منجر به شتاب واضح برای برخی از آنها شود.
متأسفانه، آزمون این فرضیه ها دشوار است. پرتوهای کیهانی از 90 درصد پروتون ها تشکیل شده اند و بقیه الکترون ها و هسته ها هستند. آنها در طول حرکات خود در کهکشان راه شیری تحت تأثیر میدان های مغناطیسی گاه متلاطم قرار می گیرند، که این اثر باعث می شود که مسیر حرکت آنها بسیار پیچیده شود، دوباره کمی شبیه به ذره ای که از یک حرکت براونی پیروی می کند. بنابراین دشوار است که یک منبع دقیق در طاق آسمانی را با باران‌های ذرات ثانویه که توسط پرتوهای کیهانی برخورد با هسته‌های اتمسفر فوقانی ایجاد می‌شوند، مرتبط کنیم.
مقاله ای که اخیراً توسط اعضای همکاری فرمی در arxiv منتشر شده است، با استفاده از تلسکوپ گاما که نام فیزیکدان بزرگ ایتالیایی را دارد، کمک قابل توجهی به روشن کردن معمای منشأ پرتوهای کیهانی کرده است. برای انجام این کار، محققان از این واقعیت استفاده کردند که پرتوهای گاما توسط میدان های مغناطیسی کهکشانی منحرف نمی شوند. در نتیجه، آنها در یک دوره 4 ساله، دو بقایای ابرنواختر، IC 443 و W44 را مشاهده کردند.
امواج ضربه ای مرتبط با انفجار دو ابرنواختر که این بقایای را ایجاد کردند در ابرهای مولکولی سرد منتشر می شوند. در نتیجه، پرتوهای گاما از این ابرها ساطع می‌شوند و به‌طور واضح توسط ذرات پرانرژی بقایای ابرنواختر بمباران می‌شوند. اما، مشکل پیشینی، الکترون ها و پروتون ها هر دو می توانند مسئول این انتشارات گاما باشند. اگر آنها به دلیل الکترون های شتاب دار هستند، نباید در بقایای ابرنواختر به دنبال شتاب دهنده های طبیعی پروتون ها باشیم که همان طور که گفته شد 90 درصد پرتوهای کیهانی را تشکیل می دهند.
با این حال، راهی برای تصمیم گیری بین فرضیه ها وجود دارد. اگر واقعاً پروتون ها عامل انتشار گاما هستند، بخشی از طیف آنها باید کمی متفاوت از طیف ناشی از الکترون باشد. دلیل این امر این است که پروتون های به اندازه کافی پرانرژی، پس از برخورد با هسته، پیون های خنثی تولید می کنند که به فوتون های گاما تجزیه می شوند، در حالی که الکترون های بسیار سریع این فوتون ها را مستقیما ساطع می کنند. اندازه‌گیری‌های دقیقی که با فرمی انجام شد، نشان داد که ردپای پیون‌هایی که انتشار گاما را تولید می‌کنند، واقعاً وجود دارد. پروتون هایی که در بقایای ابرنواخترها به سرعت بسیار بالایی شتاب می گیرند در واقع مسئول تشعشعات گامای مشاهده شده هستند.
بنابراین، پایان نامه ای که منشأ حداقل بخشی غیر قابل چشم پوشی از پرتوهای کیهانی را توسط انفجارهای ابرنواختر توضیح می دهد، بسیار تقویت شده است. این معما هنوز به طور کامل حل نشده است زیرا پرتوهای کیهانی با انرژی بسیار بالا وجود دارد که نمی توان با فراخوانی بقایای ابرنواختر توضیح داد. تلاش‌هایی برای ایجاد سیاهچاله‌های کلان پرجرم در قلب کهکشان‌ها انجام شده است، اما این توضیح تا به امروز مشکل‌ساز است.
!
از ثبت نام شما سپاسگزاریم.
خوشحالم که شما را در جمع خوانندگان ما دارم!
AMS یک سال شکار پرتوهای کیهانی را در ISS جشن می گیرد

source