لقد حقق علماء الفلك الفيزيائيون في جامعة ميشيغان ستيت تقدماً في كشف لغز يعود لقرن كامل حول أصول الأشعة الكونية المجرية. حددت دراساتهم الأخيرة سديم رياح نابض نجمي كمصدر محتمل خلف إشارة من مرصد LHAASO الصيني. تقدم النتائج، التي قدمت في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية، رؤى جديدة حول هذه الجسيمات عالية الطاقة.
الأشعة الكونية، جسيمات عالية الطاقة تسافر بسرعة قريبة من سرعة الضوء، تم اكتشافها لأول مرة في عام 1912، لكن أصولها الدقيقة داخل درب التبانة حيرت العلماء منذ ذلك الحين. من المحتمل أن تنشأ هذه الجسيمات من بيئات كونية قاسية، مثل الثقوب السوداء، مناطق تكوين النجوم، أو بقايا النجوم المنفجرة، والتي يمكن أن تنتج أيضاً نيوترينو.
شوو شانغ، أستاذة مساعدة في الفيزياء والفلك في جامعة ميشيغان ستيت، قادت دراستين توفران دلائل جديدة. في الأولى، حلل الباحث ما بعد الدكتوراه ستيفن ديكيربي مصدر طاقة عالية غامض تم اكتشافه بواسطة مرصد الدش الهوائي العملاق عالي الارتفاع (LHAASO) باستخدام بيانات من تلسكوب الفضاء XMM-Newton. حدده كنسيم رياح نابض نجمي، منطقة متوسعة مشحونة بنابض نجمي ومليئة بجسيمات مثل الإلكترونات والبروتونات. هذا يصنفه كواحد من القلائل المعروفين من PeVatrons—مسرعات طبيعية قادرة على رفع الجسيمات إلى طاقات بيتا-إلكترون فولت، تفوق بكثير المنشآت الصنعية البشرية.
"الأشعة الكونية أكثر صلة بحياة الأرض مما تظن"، قالت شانغ. "حوالي 100 تريليون نيوترينو كوني من مصادر بعيدة جداً مثل الثقوب السوداء يمرون عبر جسمك كل ثانية. ألا تريد معرفة من أين أتت؟"
شملت الدراسة الثانية الطلاب الجامعيين إيلا وير، عامري والكر، وشان كاريم، الذين استخدموا تلسكوب الأشعة السينية Swift التابع لناسا للتحقيق في مصادر LHAASO الأخرى. حددوا حدوداً عليا لانبعاثات الأشعة السينية، والتي يمكن أن توجه البحوث المستقبلية.
تم مشاركة هذه النتائج في الاجتماع 246 للجمعية الفلكية الأمريكية في أنكوريج، ألاسكا. في المستقبل، يخطط فريق شانغ لدمج بيانات مرصد نيوترينو آيس كيوب مع ملاحظات الأشعة السينية والأشعة غاما لاستكشاف سبب إنتاج بعض المصادر نيوترينو وبعضها الآخر لا.
"من خلال تحديد وتصنيف مصادر الأشعة الكونية، يمكن أن يوفر جهدنا كتالوجاً شاملاً لمصادر الأشعة الكونية مع التصنيف"، قالت شانغ. "يمكن أن يخدم ذلك كإرث لمراصد النيوترينو المستقبلية والتلسكوبات التقليدية لإجراء دراسات أعمق في آليات تسريع الجسيمات."
"سيستدعي هذا العمل تعاوناً بين فيزيائيي الجسيمات والفلكيين"، أضافت. "إنه مشروع مثالي لمجموعة فيزياء الطاقة العالية في MSU."
البحث، المفصل في The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0)، ممول من منح ملاحظة ناسا ومنحة تحليل آيس كيوب من المؤسسة الوطنية للعلوم. فهم PeVatrons يمكن أن يلقي الضوء على تكوين المجرات والمادة المظلمة.