بیگ بنگ: اخترشناسان تپ‌اختری را در فاصله نزدیک به زمین رویت کرده‌اند که هاله عجیبی پیرامون‌اش وجود دارد و احتمالا مسئول پرتاب پادماده‌ به سمت زمین است. این یافته‌ها شاید بتواند معمایی را حل کند که اخترشناسان برای چندین سال در صدد رازگشایی از آن بوده‌اند.

به گزارش بیگ بنگ، تپ‌اختر مورد نظر جمینگا(Geminga) نام دارد و یکی از نزدیکترین تپ‌اخترها به زمین محسوب می‌شود. این تپ‌اختر تقریبا 800 سال نوری از زمین فاصله دارد و در صورت فلکی برج جوزا واقع شده است. این تپ‌اختر نه تنها در نزدیکی زمین واقع شده، بلکه در قالب پرتوهای گاما به روشنی می‌درخشد. البته هاله برای ما نامرئی است، چون که در قالب پرتوهای گاما می‌باشد. تلسکوپ فضایی پرتو گامای فِرمی (متعلق به ناسا) آن را کشف کرده است. احتمال می‌رود این هاله مسئول وقوع برخی از رویدادها در همسایگی ما باشد. این هاله به قدری بزرگ است که آسمانی به اندازه 40 ماه کامل را پوشش می‌دهد. مقدار فراوانی پادماده در نزدیکی زمین وجود دارد و وجود آن برای چندین سال است که اخترشناسان را مبهوت کرده است.

«ماتیا دی مائورو» اخترفیزیکدان در دانشگاه کاتولیک آمریکا در واشنگتن و مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در گرین بلت مریلند گفت: «تجزیه و تحلیل‌های ما نشان می‌دهد که این تپ‌اختر می‌تواند در این معما هم نقش داشته باشد که چرا یک نوع ذره کیهانی یعنی پاماده به وفور در نزدیک زمین یافت می‌شود. اینها پوزیترون‌هایی هستند که از آن سوی منظومه‌شمسی نشات می‌گیرند.»

تپ‌اختر به بقایای ستارۀ غول‌پیکری گفته می‌شود که در قالب ابرنواختر دچار انفجار شده است. تپ‌اختر «جمینگا» نتیجۀ یک انفجار ابرنواختری در 300 هزار سال پیش در صورت فلکی برج جوزا است. این تپ‌اختر، ستارۀ چرخانی است که جهت چرخش آن به سمت سیاره زمین است؛ به همین دلیل انرژی آن به سمت روانه می‌شود. به طور طبیعی، تپ‌اخترها با ابری از الکترون و پوزیترون احاطه شده‌اند. به همین دلیل است که ستاره‌های نوترونی دارای میدان مغناطیسی شدیدی هستند.

این میدان‌های بسیار قوی، ذرات را از سطح تپ‌اختر دریافت کرده و باعث افزایش سرعت آنها به سرعت نور می‌شوند. این ذرات پرسرعت که شامل الکترون‌ها و همتایان پادماده‌شان(پوزیترون‌ها) می‌شوند، پرتوهای کیهانی به شمار می‌آیند. چون پرتوهای کیهانی نیز دارای بار الکتریکی هستند و در معرض اثرات میدان‌های مغناطیسی قرار دارند.

وقتی پرتوهای کیهانی به زمین می‌رسند، اخترشناسان قادر به تعیین منبع آنها نیستند. در طول یک دهه گذشته، در مشاهدات و آزمایش‌های مختلف، پوزیترون‌های پرانرژی‌تری در مجاورت کیهانی ما شناسایی شده است. تلسکوپ فضایی پرتو گامای فِرمی، طیف‌سنج مغناطیسی آلفای ناسا و سایر آزمایش‌ها موفق به شناسایی آنها شده‌اند. دانشمندان انتظار داشتند تپ‌اخترهای نزدیک مثل «جمینگا» منبع این پرتوها هستند. اما به دلیل شیوۀ تاثیرپذیری‌شان از میدان‌های مغناطیسی، امکان تصدیق آن وجود نداشت.

اما در سال 2017، رصدخانه پرتو گامای واتر چرنکوف(HAWC) تایید کرد که برخی دستگاه ها در زمین آن پرتوها را شناسایی کرده‌اند؛ یک هاله شدید از پرتو گاما در اطراف جمینگا رویت شده بود. این رصدخانه موفق به شناسایی انرژی در ساختار هاله به اندازه «5 تا 40 تراولت» شد. دانشمندان در ابتدا تصور کردند که این هاله پرانرژی در پی الکترون‌های پرسرعت و پوزیترون‌هایی که به نور ستاره برخورد می‌کنند، به وجود و آمده است چرا که این عامل می‌تواند باعث افزایش انرژی آنها شده و درخشش آنها را چندبرابر کند.

وقتی یک ذره باردار مقداری از انرژی خود را به یک فوتون منتقل می‌کند، به این فرایند پراکندگی کامپتون معکوس گفته می‌شود. اما محققانی که در رصدخانه HAWC کار می‌کنند، با مشاهده جمینگا و هالۀ آن به این نتیجه رسیدند: این پوزیترون‌های پرانرژی در مواقعی بسیار نادر میتوانند به زمین برسند و این به اندازۀ هاله هم بستگی دارد. پس می‌بایست توضیح دیگری برای وفور پوزیترون‌ها در نزدیک زمین وجود می‌داشت. دانشمندانی که وجود پوزیترون‌ها را در نزدیک زمین مورد مطالعه قرار می‌دهند، هنوز تپ‌اخترها را از لیست خود کنار نگذاشته‌اند.

جمینگا بعنوان یک تپ‌اختر پرنور و نزدیک به زمین کماکان مورد توجه طیف کثیری از محققان قرار دارد. ماتیا دی مائورو سرپرستی تیم کوچکی از دانشمندان را بر عهده دارد که داده‌های مربوط به تپ‌اختر جمینگا را مطالعه و بررسی می‌کنند؛ گفته می‌شود این داده‌ها در طول یک دهه اخیر جمع‌آوری شده است. در همین راستا، تلسکوپ ناحیه بزرپ فِرمی یا یه اختصار «LAT» نقش اصلی را در گردآوری این داده‌ها ایفا کرده است. “دی مائورو” نویسندۀ اصلی مقاله جدیدی است که این یافته‌ها را ارائه می‌دهد. این مقاله با عنوان «شناسایی هاله پرتو گاما در اطراف تپ‌اختر جمینگا با داده‌های تلسکوپ LAT و پیامدهای آن برای شار پوزیترون» در مجله Physical Review D منتشر شده است.

یکی از نویسندگان مقاله، «سیلویا مونکنی» است، محقق دوره فوق دکتری در دانشگاه فنی آخن در کشور آلمان. او در یک نشست خبری بیان کرد: «ما برای مطالعه این هاله مجبور بودیم همه منابع پرتو گامای دیگر را کنار بگذاریم؛ مثل نوری که در اثر برخورد پرتوهای کیهانی به ابرهای گازی میان ستاره‌ای ایجاد می‌شود. ما داده‌ها را با استفاده از 10 مدل مختلف از نشر میان ستاره‌ای مورد بررسی قرار دادیم.»

وقتی محققان کلیه منابع پرتو گامای دیگر در آسمان را کسر کردند، داده‌ها یک ساختار مستطیلی بلندی را نشان داد؛ هاله‌ای در اطراف تپ‌اختر جمینگا. این ساختار پرانرژی 20 درجه در آسمان را پوشش میداد. «فیورنزا دوناتو» یکی دیگر از نویسندگان مقاله از موسسه فیزیک هسته‌ای ملی ایتالیا و دانشگاه تورین است. دوناتو در نشست خبری گفت: «ذرات کم‌انرژی قبل از اینکه به نور ستاره برخورد کنند، به میزان بسیار زیادی از تپ‌اختر دور می‌شوند؛ قسمتی از انرژی خود را به نور ستاره انتقال می‌دهند و نور را به پرتوهای گاما ارتقا می‌دهند. به همین دلیل است که انتشار پرتو گاما در انرژی پایین‌تر، مساحت بزرگتری را پوشش می‌دهد. هاله تپ اختر جمینگا تا حدودی بلند است که دلیل آن را به حرکت تپ‌اختر در فضا نسبت می‌دهند.»

محققان با مقایسه داده‌های جدید با داده‌های قدیم به این نتیجه رسیدند که مجموعه داده‌ها با یکدیگر مطابقت دارند. آنها همچنین دریافتند که تپ‌اختر نزدیک و درخشانِ جمینگا می‌تواند در 20 درصد از پوزیترون‌های پرانرژی نقش داشته باشد که در آزمایش AMS-02 از آنها رونمایی شد. “دی مائورو” در پایان گفت: «تحقیقات جدید ما بر اهمیت مطالعۀ تک تک منابع تاکید می‌کند تا زمینه برای پیش‌بینی نقش آنها در کمک به پرتوهای کیهانی فراهم شود. این یک جنبه از حوزۀ جدیدی به نام اخترشناسی مالتی-مسنجر است؛ محققان در این حوزه به مطالعه جهان با سیگنال‌هایی مثل پرتوهای کیهانی می‌پردازند.»

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com