بیگ بنگ: فضاپیماهای وُیجر با وجود آنکه بیش از ۴۰ سال از پرتاب‌ آن‌ها به فضا سپری شده است، هنوز هم چیزهای جالبی کشف می‌کنند. فیزیکدانان بتازگی اعلام کردند که این کاوشگرها، وجود الکترون‌های پُرشتاب مرتبط با پرتوهای کیهانی را یافتند.

این تصویر هنری یکی از فضاپیماهای وُیجر ناسا را نمایش می‌دهد که به قلمرو فضای میان ستاره‌ای یا فضای میان ستارگان وارد می‌شود. این ناحیه از فضا انباشته از پلاسمایی است که با مرگ ستارگان غول‌پیکر در میلیون‌ها سال قبل در فضا پراکنده شده است. پلاسمای داغ و رقیق، محیط درونی حباب خورشیدی ما را پُر می‌کند.

به گزارش بیگ بنگ، بر اساس یک پژوهش جدید، گروهی از فیزیکدانان به سرپرستی دانشگاه آیووا برای اولین‌بار فوران‌های پرتو کیهانی حاوی الکترون‌ها را گزارش کردند که در اثر امواج ضربه‌ای (امواج شوک) ناشی از فوران‌های عظیم خورشید شتاب گرفته‌اند. هنگامی که فضاپیماهای وُیجر در سفر حماسی خود به خارج از منظومه شمسی از میان فضای میان‌ستاره‌ای عبور کردند، آشکارسازهای نصب شده روی آن‌ها موفق شدند پرتوهای کیهانی حاوی الکترون‌های شتابان را شناسایی کنند و بنابراین این دو فضاپیما اولین فضاپیماهایی هستند که این فیزیک بی‌نظیر را در قلمرو فضای میان ستاره‌ای آشکار می‌کنند.

این فوران‌های الکترونی که به تازگی شناسایی شده‌اند مانند سپری پیش‌رونده‌ عمل می‌کنند و در امتداد خطوط میدان مغناطیسی در محیط میان ستاره‌ای شتاب می‌گیرند. این الکترون‌ها ۶۷۰ بار سریع‌تر از امواج شوکی حرکت می‌کردند که در ابتدا الکترون‌ها را به پیش می‌راندند، بنابراین، الکترون‌ها تقریباً با سرعت نور حرکت می‌کردند. آشکارسازهای وُیجر چند روز پس از شناسایی الکترون‌های شتابان موفق شدند نوسانات امواج پلاسما را که ناشی از عبور الکترون‌های کم‌انرژی‌تر بودند آشکارسازی کنند و سرانجام در برخی موارد، خود امواج ضربه‌ای یک ماه بعد شناسایی شدند.

فضاپیمای وُیجر با وجود اینکه در فضای میان ستاره‌ای سفر می‌کنند هنوز هم به کشف اسرار جدید ادامه می‌دهند. بر طبق پژوهشی جدید، فیزیکدانان دانشگاه آیووا گزارش کردند که آشکارسازهای وُیجر در فاصله‌ی 22 میلیارد کیلومتری، فوران‌های پرتو کیهانی حاوی الکترون‌ها را شناسایی کردند که در اثر امواج ضربه‌ای ناشی از فوران‌های عظیم خورشید شتاب می‌گیرند.

امواج شوک با فوران جرم از تاج خورشید شکل می‌گیرند و با انفجار گازهای داغ و فوران انرژی از سطح خورشید با سرعت یک میلیون و ششصد کیلومتر بر ساعت از تاج خورشید بیرون می‌زنند. با وجود چنین سرعت بالایی باز هم بیش از ۱ سال طول می‌کشد تا امواج ضربه‌ای به فضاپیماهای وُیجر برسند چون فضاپیماهای وُیجر در فاصله‌ی 22 میلیارد کیلومتری از خورشید از هر فضاپیمایی که بشر تاکنون ساخته است از خورشید دورترند.

“دان گارنِت” پروفسور ارشد اخترفیزیک از دانشگاه آیووا و نویسنده اصلی مقاله عنوان کرد: «چیزی که در اینجا با آن مواجه‌ایم سازوکار معینی است که بر اساس آن وقتی امواج شوک برای نخستین‌بار با خطوط میدان مغناطیسی میان ستاره‌ایِ گذرنده از فضاپیما برخورد می‌کنند، برخی از الکترون‌های پرتو کیهانی را منعکس کرده و به آن‌ها شتاب می‌دهند. از طریق ابزار آشکارساز پرتوهای کیهانی مستقر روی فضاپیماها به این نکته پی بردیم که این ذرات همان الکترون‌هایی هستند که در اثر امواج ضربه‌ای منتشر شده از خورشید منحرف شده و شتاب گرفته‌اند.»

این کشف به فیزیکدانان این توانایی را می‌بخشد تا اساس دینامیک امواج شوک و تابش کیهانی منتشر شده از ستارگان شراره‌دار (نوعی ستارگان متغیر که در اثر فعالیت‌های شدید سطحی روشنایی آن‌ها به‌طور ناگهانی کم و زیاد می‌شود) و ستارگان انفجاری را بهتر درک کنند. درک فیزیک چنین پدیده‌هایی حیاتی است؛ به خصوص زمانی که می‌خواهیم فضانوردان را به راهپیمایی‌های طولانی مدت در ماه یا مریخ بفرستیم چون مقدار پرتو کیهانی دریافتی بسیار بیشتر از مقداری خواهد بود که ما روی زمین دریافت می‌کنیم.

فیزیکدانان معتقدند که این الکترون‌ها در محیط میان ستاره‌ای، از میدان مغناطیسی تقویت‌شده‌ای که در لبه‌ی امواج ضربه‌ای گسترده است منعکس می‌شوند و در نتیجه با حرکت امواج ضربه‌ای شتاب می‌گیرند. سپس الکترون‌های منعکس‌شده در مسیری مارپیچ در امتداد خطوط میدان مغناطیسی میان ستاره‌ای حرکت می‌کنند و هرچه فاصله‌ی آن‌ها تا امواج شوک بیشتر می‌شود شتاب بیشتری می‌گیرند.

در مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۴ در ژورنال Astrophysical Letters منتشر شد، فیزیکدانان جی.آر. جاکیپی و جوزف کوتا از نظر تئوری توضیح دادند که چگونه یون‌های بازتابیده از امواج ضربه‌ای می‌توانند در امتداد خطوط میدان مغناطیسی میان ستاره‌ای شتاب بگیرند. پژوهش اخیر نیز فوران‌های الکترونی آشکارشده توسط فضاپیمای وُیجر را بررسی می‌کند که به نظر می‌رسد از طریق سازوکاری مشابه شتاب گرفته‌اند.

گارنِت می‌گوید: «ایدۀ شتاب گرفتن ذرات توسط امواج ضربه‌ای ایده‌ی جدیدی نیست. هدف این پژوهش بیشتر بررسی مکانیسم این پدیده بود. لذا این واقعیت را باید مد نظر قرار داد که ما این فوران‌ها را در قلمروی جدیدی همچون محیط میان ستاره‌ای آشکار کردیم که با فوران‌های الکترونی بادهای خورشیدی کاملاً متفاوت است. در فوران‌های الکترونی بادهای خورشیدی نیز سازوکاری مشابه رصد شده است. تاکنون کسی این فوران‌ها را همراه با امواج ضربه‌ای میان ستاره‌ای در محیطی کاملاً دست‌نخورده رصد نکرده بود.» جزئیات بیشتر این پژوهش در The Astronomical Journal منتشر شده است.

ترجمه: محمد نوده فراهانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: scitechdaily.com