أقوى الجسيمات في الكون قد تكون أغرب مما يعتقده العلماء

اكتشف العلماء أن النوى الذرية فائقة الثقل يمكن أن تفسر بعض الأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى التي تم رصدها على الإطلاق. قد تأتي الجسيمات من الأحداث المتطرفة مثل اندماج النجوم النيوترونية وانهيار النجوم الضخمة.

ربما اكتشف العلماء دليلًا جديدًا وراء أصل الجسيمات الأكثر نشاطًا التي تم اكتشافها على الإطلاق في الكون.

الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة هي جسيمات من الفضاء تصطدم بالأرض بطاقة تفوق بكثير أي شيء تنتجه مسرعات الجسيمات التي يصنعها الإنسان. أحد الأمثلة الأكثر تطرفًا هو “جسيم أماتيراسو”، الذي تم اكتشافه في ولاية يوتا بواسطة مصفوفة التلسكوب في عام 2021 وتم تسميته على اسم إلهة الشمس اليابانية. وتنافس طاقتها طاقة جسيم “يا إلهي” الشهير الذي تم اكتشافه عام 1991، لكن العلماء ما زالوا لا يعرفون بالضبط ما هو أو من أين أتت.

بحث جديد من علماء ولاية بنسلفانيا، نشر في رسائل المراجعة البدنيةويشير إلى أن بعض هذه الأشعة الكونية التي حطمت الأرقام القياسية قد تكون مصنوعة من نوى ذرية أثقل من الحديد. النوى الذرية هي المراكز الكثيفة للذرات المكونة من البروتونات والنيوترونات، وتحتوي تقريبًا على كل العناصر ذرةكتلة.

النوى فائقة الثقل قد تفسر الأشعة الكونية المتطرفة

ووجد الباحثون أن هذه النوى فائقة الثقل قد تفقد الطاقة بشكل أبطأ من البروتونات أو النوى الأخف أثناء السفر عبر الفضاء بين المجرات. وهذا يمكن أن يسمح لهم بعبور مسافات كونية هائلة والوصول إلى الأرض مع طاقات عالية بشكل استثنائي. شارك في هذا العمل علماء من معهد يوكاوا للفيزياء النظرية في اليابان، ومعهد فرجينيا للتكنولوجيا، والعديد من المؤسسات الأخرى، ويمكن أن يساعد في تضييق نطاق البحث عن البيئات الكونية القادرة على تسريع مثل هذه الجسيمات.

وقال كوتا موراسي، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك والفيزياء الفلكية في كلية إيبرلي للعلوم بولاية بنسلفانيا وقائد فريق البحث: “لا يمكن تسريع الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة إلا من خلال بعض أقوى المصادر في الكون”. “عندما نكتشف جسيمات الأشعة الكونية الفردية مثل جسيم أماتيراسو هنا على الأرض، يمكننا في كثير من الأحيان استخدام طاقاتها، واتجاهات وصولها، والانحرافات المغناطيسية المتوقعة لاستنتاج مصادرها الكونية المحتملة.”

ومع ذلك، يبدو أن جسيم الأماتيراسو نشأ من فراغ كوني عملاق مع عدم وجود مصدر واضح قادر على إنتاج أشعة كونية ذات طاقة فائقة.

لغز 60 عامًا في الفيزياء الفلكية

وقال موراسي: “إن أصول وآليات تسارع الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة كانت من بين أكبر الألغاز في هذا المجال لأكثر من 60 عامًا، منذ الإبلاغ عن المثال الأول”.

وتحمل هذه الجسيمات طاقات أعلى من 100 إكسا إلكترون فولت، أو 100 كوينتيليون إلكترون فولت. وهذا يجعلها أكثر نشاطًا بحوالي 10 ملايين مرة من الجسيمات المتسارعة في مصادم الهادرونات الكبير، أقوى معجل للجسيمات في العالم. وصل جسيم الأماتيراسو وحده إلى ما يقرب من 240 إكسا إلكترون فولت، ويحمل نفس الطاقة الحركية التي تحملها كرة تنس سريعة الحركة مركزة في جسيم واحد.

وقال موراسي: “يُعتقد أن هذه الأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى تأتي من مصادر فيزيائية فلكية متطرفة، مثل اصطدام نجمين نيوترونيين أو انهيار نجم ضخم”. “بالنسبة للعديد من أحداث الأشعة الكونية مجتمعة، فإن توزيع الطاقة ونمط اتجاه الوصول والتركيب المستنتج إحصائيًا يوفر أدلة مهمة حول مصدر هذه الجسيمات وكيفية تسريعها.”

محاكاة كيفية انتقال الجزيئات عبر الفضاء

وللتحقق من الجسيمات التي يمكن أن تنجو من الرحلة إلى الأرض بمثل هذه الطاقات الهائلة، أجرى الباحثون عمليات محاكاة حاسوبية مفصلة لتتبع كيفية فقدان الجسيمات ذات الكتل المختلفة للطاقة أثناء التحرك عبر الفضاء بين المجرات.

قال موراسي: “أظهر بحثنا أنه عند طاقات مماثلة لتلك الموجودة في جسيمات أماتيراسو، تفقد النوى فائقة الثقل الطاقة بشكل أبطأ من البروتونات أو النوى متوسطة الكتلة، مما يجعلها أكثر قدرة على البقاء على قيد الحياة لمسافات كونية والوصول إلى الأرض عند طاقات شديدة”. “نحن لا نقول أن جميع الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة هي نوى شديدة الثقل. ولكن إذا كانت بعض الأحداث ذات الطاقة العالية هي نوى فائقة الثقل، فإن ذلك من شأنه أن يؤثر على كيفية بحثنا عن مصادرها.”

كما وضعت الدراسة حدودًا جديدة لمدى مساهمة هذه النوى فائقة الثقل في إجمالي عدد الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة المكتشفة على الأرض.

الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية كمصادر محتملة

قال موراسي: “إن أكثر المواقع الواعدة لإنتاج وتسريع مثل هذه النوى فائقة الثقل هي حالات موت النجوم الضخمة التي تنطوي على انهيار انفجاري في ثقوب سوداء أو نجوم نيوترونية ممغنطة بقوة، بالإضافة إلى اندماج النجوم النيوترونية الثنائية المعروفة بأنها بواعث قوية لموجات الجاذبية”.

“يمكن لهذه الظواهر الكونية العنيفة أيضًا أن تولد انفجارات أشعة غاما التي تعد من بين الانفجارات الأكثر نشاطًا في الكون. يمكن أن تساعد مساهمة هذه المصادر أيضًا في تفسير الاختلاف المحتمل بين السماء الشمالية والجنوبية في طيف الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة. إذا ساهمت النوى فائقة الثقل بشكل كبير في أعلى الطاقات، فيجب أن تشير البيانات المستقبلية إلى تركيبة أثقل من الحديد.”

وقال موراسي إن المراصد المستقبلية، بما في ذلك مشروع AugerPrime المقترح في الأرجنتين والمرصد العالمي للأشعة الكونية، قد تكون قادرة على اختبار هذه التوقعات. يمكن أن تساعد الدراسات الإضافية للثقوب السوداء والنجوم النيوترونية الممغنطة بقوة العلماء أيضًا على فهم مكان ظهور هذه الأشعة الكونية غير العادية بشكل أفضل.

المرجع: “الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة الثقل” بقلم ب. ثيودور تشانغ، وكوتا موراسي، ونيك إيكانجر، وموكول بهاتاشاريا، وشونساكو هوريوتشي، 7 مايو 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/221m-gvs3

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.