سیاهچاله‌های پرجرم منبع پرتوهای كيهانی پر‌انرژی هستند

۲۷ آبان ۱۳۸۶

 

پرتوهای كیهانی ذرات بارداری مثل پروتون‌ها و هسته‌های اتمی هستند كه مانند باران یكنواختی روی جو زمین فرو می‌ریزند. بیشتر این ذرات از خورشید و چشمه‌هایی درون كهكشان خودمان، مثل بقایای ابرنواخترها، تابش می‌شوند. اما منبع پرانرژی‌ترین ذرات كه با سرعت نزذيک به سرعت نور حركت می‌كنند همچنان یك معما باقی مانده است.

در سرعت‌های بالا، یك پروتون منفرد می‌تواند معادل یك توپ تنیس با سرعت ۱۰۰ كیلومتر بر ساعت انرژی داشته باشد. توضیح این‌كه ذرات چگونه شتاب می‌گیرند تا به چنین سرعت‌های بالایی دست یابند مشكل است.

یكی از توضیحات مطرح شده این است كه ذرات به وسیله‌ی «هسته‌های كهكشانی فعال»(AGN)، به بیرون پرتاب می‌شوند. انرژی هسته‌های كهكشانی از حركت گردابی ماده به درون یك سیاهچاله عظیم تامین می‌شود. اگر AGNها در فاصله‌ی حداكثر چند صد میلیون سال نوری از ما بودند این توجیه صحیح ‌بود. تئوری پیش‌بینی می‌كند كه پرتوهای پرانرژی قبل از این‌كه به زمین برسند در اثر برهمكنش با تابش زمینه به جا مانده از مهبانگ، انرژی خود را از دست می‌دهند. برخی توجیهات دیگر نقش انفجارهای پرتو گاما را موثر می‌دانند. انفجار پرتو گاما، انفجاری قوی، حاصل از فروریزش یك ستاره پرجرم به درون یك سیاهچاله است. همچنین پرتوهای كیهانی ممكن است از واپاشی ذرات سنگین به جا مانده از مهبانگ كه درون گره‌های مرموز فضا-زمان به تله افتاده‌اند، به وجود بیایند.

آزمودن هر توجیهی دشوار است زیرا پرتوهای بسیار پرانرژی كیهانی بسیار نادرند.

دانشمندان برای اینكه به قدر كافی از آن‌ها نمونه دریافت كنند بزرگ‌ترین گیرنده‌ی پرتو كیهانی را در رصدخانه «پیر اوگر»(Pierre Auger) ساخته‌اند. این رصدخانه بین‌المللی با وسعتی در حدود ۳۰۰۰ كیلومتر مربع، آرایه‌ای از ۱۶۰۰ آشكارساز است و از سال ۲۰۰۴ شروع به كار نموده است.

رصدخانه باید ده‌ها یا صد‌ها پرتو كیهانی ساطع شده از AGNهای جداگانه را آشكار كند تا با تعیین سطح انرژی پرتوها معلوم شود آن‌ها دقیقا چگونه شتاب گرفته‌اند. فرآیندی كه تصور می‌شود به وسیله میدان مغناطیسی اطراف سیاهچاله‌های بسیار بزرگ كنترل شود. به گفته دانشمندان، برای مثال اگر ۱۰۰ پرتو از یك AGN آشكار و طیف انرژی پرتوها تهیه شود، راهی به سوی چگونگی شتاب گرفتن ذرات گشوده می‌شود.

هنگامی كه یك پرتو بسیار پرانرژی به لایه‌های فوقانی جو زمین برخورد می‌كند، رگباری از ذرات ثانویه به وجود می‌آورد كه با جاری شدن به سمت پایین جو به شاخه های متعددی تقسیم می شوند. رگبار ذرات هنگامی كه با زمین برخورد می‌كند می تواند منطقه‌ای به وسعت ۴۰ كیلومتر مربع را پوشش دهد.

آشكارسازهای روی زمین ذرات ثانویه را دریافت و ثبت می‌كنند و همزمان ۲۴ تلسكوپ نوری نشان می‌دهند كه چگونه این ذرات باعث تابش ذرات جو می‌شوند. به این ترتیب ستاره‌شناسان با اطلاعات گرد آمده به دقت انرژی و خط سیر پرتوهای كیهانی را برآورد می‌كنند.

از مرداد ۲۰۰۷ تاكنون ۲۷ پرتو كیهانی پرانرژی ثبت و تحلیل شده است. تقریبا تمام این پرتوها از AGNهایی با فاصله حداكثر ۲۵۰ میلیون كیلومتری زمین می‌آیند. به گفته دانشمندان این نشان می‌دهد كه AGNها بهترین گزینه برای منبع پرتوهای كیهانی بسیار پرانرژی هستند.

پرتوهای كیهانی هنگام عبور از میدانهای مغناطیسی اندكی از مسیر اولیه خود منحرف می‌شوند. مطالعه پرتوهای كیهانی رازهایی را درباره میدان‌های مغناطیسی موجود در كهكشان روشن می‌كند. همچنين اطلاعاتی درباره چگونگی برخورد ذرات به دست می‌دهد. هنگام برخورد پرتوهاي كيهانی با جو، انرژی ذرات آنها ۳۰ برابر بیشتر از انرژی ذرات در قوی‌ترین شتاب‌دهنده های زمین است

منبع: نیوساینتیست

منبع سایت نجوم