باستخدام الملاحظات من العنب -3 في كاشف الميونات، اكتشف فيزيائيون في الهند واليابان منطقة غير مفهومة جيدًا من طيف طاقة الأشعة الكونية بتفاصيل غير مسبوقة. فهيم فارسي في المعهد الهندي للتكنولوجيا كانبور وحدد وزملاؤه سمة لم يسبق لها مثيل، تتمثل في وجود شبك في الطيف. تشير الملاحظات إلى الحاجة إلى إعادة التفكير في أصول الأشعة الكونية.
تتكون الأشعة الكونية أساسًا من البروتونات ونواة الهيليوم، وهي جسيمات نشطة للغاية تقصف الغلاف الجوي للأرض باستمرار. أثناء تفاعلها مع الغلاف الجوي، تنتج الأشعة الكونية زخات من الجسيمات الثانوية، بما في ذلك الإلكترونات والفوتونات والميونات - التي تمطر على الأرض.
تم التعرف على الأشعة الكونية لأول مرة في عام 1912، في الملاحظات الحائزة على جائزة نوبل التي أجراها فيكتور هيس. ومع ذلك، حتى بعد مرور أكثر من قرن على اكتشافها الأولي، لا يزال أمامنا الكثير لنتعلمه عن طبيعة هذه الجسيمات. بينما يعتقد علماء الفلك أن الأشعة الكونية تنشأ من عدد من المصادر المختلفة بما في ذلك النجوم والمستعرات الأعظمية والنوى المجرية النشطة، إلا أن أصولها ليست مفهومة تمامًا لأن الجسيمات تنحرف بواسطة المجالات المغناطيسية أثناء سفرها لمسافات كبيرة إلى الأرض.
القياسات الدقيقة المطلوبة
يقول عضو الفريق: "من المعروف أن الأشعة الكونية هي أكثر الجسيمات نشاطًا في الكون". برافاتا موهانتي في معهد تاتا للبحوث الأساسية في مومباي. "القياس الدقيق لشكل طيف الطاقة العنصري في الأشعة الكونية مطلوب لتعزيز فهمنا لأصولها وتسارعها وانتشارها."
وتكمن إحدى الفجوات الصارخة في الفهم في منتصف طيف الأشعة الكونية عند طاقات تتراوح بين 100 تيرا إلكترون فولت إلى 1 بيلو إلكترون فولت. في هذه النافذة، تكون الجسيمات نشطة للغاية بحيث لا يمكن التقاطها مباشرة بواسطة أجهزة الكشف الفضائية، ولكنها ليست نشطة بما يكفي لوصول أعداد كبيرة من جزيئات الدش إلى أجهزة الكشف على الأرض.
لاستكشاف نطاق الطاقة هذا بمزيد من التفصيل، قام فريق فارسي بفحص الملاحظات من تجربة GRAPES-3. هذا مرصد للميونات يقع في جنوب الهند ويضم مجموعة من أجهزة الكشف المتألقة. وتقع المنشأة على ارتفاع 2200 متر فوق مستوى سطح البحر، مما يسهل اكتشاف الميونات قبل تفاعلها مع الغلاف الجوي.
يوضح موهانتي: "يحتوي GRAPES-3 على كاشف كبير المساحة، مما يمكننا من قياس التركيب العنصري للأشعة الكونية من خلال مكون الميون في زخات الأشعة الكونية". "مع مساحة كشف أكبر بعدة آلاف المرات من أجهزة الكشف الفضائية، يضمن GRAPES-3 دقة إحصائية عالية بشكل استثنائي في القياسات."
دراسة لمدة أربع سنوات
قام الباحثون بتقييم حوالي 8 ملايين حدث زخات مطر تمت ملاحظتها خلال فترة 460 يومًا في عامي 2014 و2015. ونظرًا لتعقيد تقنيات التحليل وتصحيح الأخطاء، استغرق التحليل أربع سنوات حتى يكتمل. يقول الفريق إن نتائجه توفر أول عرض تفصيلي لنافذة الطاقة المتوسطة.
يقول موهانتي: "قامت الدراسة بقياس طيف البروتون في الأشعة الكونية من 50 تيرا إلكترون فولت إلى 1.3 إلكترون فولت، مما أدى بشكل فعال إلى ربط الملاحظات من القياسات الفضائية والأرضية".
من بين السمات الأكثر لفتًا للانتباه التي رصدها فريق فارسي، كان هناك خلل في طيف الطاقة عند حوالي 166 تيرا إلكترون فولت، مع اكتشاف بروتونات كونية أكثر من المتوقع عند طاقات أعلى قليلاً. في السابق، اكتشفت التجارب الأرضية تشابكًا مشابهًا عند حوالي 3 PeV، والتي كان يُعتقد أنها الطاقة القصوى للأشعة الكونية الصادرة من المجرات.
حتى هذه اللحظة، افترض الباحثون عمومًا أن طيف طاقة البروتون في المنطقة المرصودة يمكن وصفه بقانون قوة بسيط. ومع ذلك، يبدو أن اكتشاف الفريق يحطم هذا الافتراض.
يشرح موهانتي: "إنه يشير إلى احتمال أن فئة واحدة من المصادر، التي يُعتقد عمومًا أنها بقايا مستعرات أعظم، قد تعمل بشكل فعال على تسريع الأشعة الكونية حتى تصل إلى نقطة الالتحام المرصودة، بينما تصبح فئة أخرى هي السائدة بعد نقطة الالتواء".
ومن خلال البناء على هذه النتائج، يأمل فريق فارسي أن تظهر نماذج جديدة قريبًا لتأخذ في الاعتبار هذه التأثيرات. وإذا تم تحقيقها، فإنها يمكن أن تساعد في تعزيز فهمنا لكيفية ظهور الأشعة الكونية، وتسارعها، وانتشارها عبر المسافات بين المجرات.
تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/kink-in-cosmic-ray-spectrum-puzzles-astrophysicists/
