Scientists believe cosmic rays may hold the key to a 60-year-old mystery
نظرة سريعة
- Scientists propose that ultra-high-energy cosmic rays, like the 'Amaterasu' particle, might be atomic nuclei of elements heavier than iron, potentially solving a 60-year-old mystery about their origin.
- These heavy nuclei lose energy slower, allowing them to travel further and reach Earth with immense power.
ملخص مُنشأ بالذكاء الاصطناعي
لماذا يهم
Scientists are investigating ultra-high-energy cosmic rays, with a particular focus on the 'Amaterasu' particle detected in 2021. This particle's immense energy and seemingly empty origin have puzzled researchers for decades.
ويعتقد العلماء الآن أن هذه الأشعة قد تحمل مفتاح حل لغز حيرهم منذ ستة عقود.
ففي عام 2021، اصطدم بالأرض جسيم كوني هائل أطلق عليه اسم "أماتيراسو" نسبة إلى إلهة الشمس اليابانية.
وتفوق طاقة هذا الجسيم 40 مليون مرة طاقة الجسيمات التي يصطدم بها مصادم الهادرونات الكبير (Large Hadron Collider والمعروف اختصارا بـ LHC) هو أضخم وأقوى معجل جسيمات في العالم، بني بهدف دراسة المكونات الأساسية للمادة وقوانين الكون الفيزيائية).
وهذا يجعل "أماتيراسو" ثاني أقوى أشعة كونية تم رصدها على الإطلاق، بعد جسيم آخر رصد عام 1991 أطلق عليه اسم "جسيم يا إلهي" (Oh-My-God particle). لكن الغريب أن مصدر هذه الجسيمات ظل مجهولا.
وجسيم "أماتيراسو" بالتحديد يبدو أنه قادم من منطقة فارغة تماما، لا تحتوي على أي نجوم أو مجرات واضحة يمكن أن تكون مصدره.
والآن، يعتقد فريق من العلماء بقيادة كوهتا موراسي من جامعة بنسلفانيا أنه ربما وجد الإجابة. ويقول الفريق إن الأشعة الكونية الأعلى طاقة قد تكون في الواقع نوى ذرية لعناصر أثقل من الحديد. وببساطة، هي ليست مجرد بروتونات عادية، بل نوى ذرات ثقيلة جدا.
ومنذ أكثر من 60 عاما، يحاول العلماء فهم مصدر هذه الأشعة وكيف تصل إلى هذه الطاقة الهائلة.
ويقول موراسي: "هذه الأشعة لا يمكن أن تتسارع إلا بواسطة أقوى المصادر في الكون، مثل انهيار نجم ضخم ليتحول إلى ثقب أسود، أو اصطدام نجمين نيوترونيين ببعضهما".
ولفهم مدى عنف هذه الأحداث، تخيل أن تأخذ كتلة الشمس بأكملها وتضغطها في كرة عرضها نحو 20 كيلومترا فقط. وهذا هو النجم النيوتروني. والآن تخيل أن اثنين من هذه الأجسام الضخمة يصطدمان ببعضهما. وهذا هو العنف الذي يمكنه إنتاج هذه الأشعة الكونية.
ولفهم ذلك، قام العلماء بمحاكاة حاسوبية لتتبع كيفية فقدان هذه الجسيمات لطاقتها أثناء رحلتها الطويلة عبر الفضاء حتى تصل إلى الأرض. واكتشفوا أن النوى الذرية الأثقل من الحديد تفقد طاقتها بشكل أبطأ بكثير من الجسيمات الأخف. وهذا يعني أنها تستطيع السفر لمسافات أطول والوصول إلى الأرض بطاقات عالية جدا، تماما مثل جسيم "أماتيراسو".
ويقول موراسي: "نحن لا نقول إن كل الأشعة الكونية فائقة الطاقة هي نوى فائقة الثقل. لكن إذا كانت بعض أعلى الأحداث طاقة هي بالفعل نوى فائقة الثقل، فهذا سيغير الطريقة التي نبحث بها عن مصادرها".
أما المصادر الأكثر احتمالا لإنتاج هذه النوى الثقيلة فهي: موت النجوم الضخمة الذي يؤدي إلى ثقوب سوداء أو نجوم نيوترونية ممغنطة بشدة، وكذلك اصطدام نجمين نيوترونيين.
وهذه الظواهر العنيفة هي نفسها التي تنتج انفجارات أشعة غاما، وهي من أقوى الانفجارات في الكون.
وقد يفسر هذا الاكتشاف أيضا سبب اختلاف الأشعة الكونية بين السماء الشمالية والسماء الجنوبية. وإذا كانت النوى فائقة الثقل تساهم بشكل كبير في أعلى الطاقات، فإن البيانات المستقبلية يجب أن تظهر تركيبا أثقل من الحديد.
نشرت هذه النتائج في مجلة Physical Review Letters العلمية.
أسئلة مفتوحة
- What is the precise origin of the 'Amaterasu' particle and other ultra-high-energy cosmic rays?
- How do these particles achieve such extreme energies?
- Can the hypothesis of heavy atomic nuclei being the source be definitively proven?
- What are the implications for our understanding of fundamental physics if this hypothesis is confirmed?
