کشف ذره‌ کیهانی ناشناخته و مرموز که از فراسوی کهکشان به زمین رسیده است

دانشمندان می‌گویند پرتوهای کیهانی مرموز و ناشناخته‌ای که در صحرای یوتا شناسایی شده، از بیرون از کهکشان راه شیری به اینجا رسیده‌اند. به گزارش سی‌ان‌ان‌، نویسندگان این مقاله که روز پنجشنبه در مجله ساینس منتشر شد، می‌گویند که انرژی این ذره زیر اتمی که با چشم غیرمسلح مشاهده‌ناپذیر است، برابر با انرژی آجری است که از ارتفاع کمر بر روی انگشت پا رها شود.

این بررسی نشان می‌دهد که انرژی این ذره با پرانرژی‌ترین پرتو کیهانی شناخته‌شده یعنی ذره «اوه-مای-گاد» که در سال ۱۹۹۱ شناسایی شد رقابت می‌کند. پرتوهای کیهانی، در واقع ذراتی باردارند که در فضا جابه‌جا می‌شوند و به‌طور پیوسته به زمین برخورد می‌کنند. برخی از این پرتوهای کیهانی کم‌انرژی ممکن است از خورشید گسیل شوند و به زمین برخورد کنند اما پرتوهای بسیار پرانرژی، معمولا چندان متداول نیستند. دانشمندان بر این باورند که این ذرات بسیار پرانرژی از سایر کهکشان‌ها و منابعی در بیرون از کهکشان ما به زمین می‌آیند.

جان متیوز، یکی از نویسندگان این مقاله و استاد دانشگاه یوتا، می‌گوید اگر دستتان را دراز کنید، هر ثانیه یک پرتو کیهانی از کف دست شما عبور می‌کند، اما این‌ پرتوها در عمل پرتوهای کم‌انرژی‌اند. به گفته او، احتمال برخورد پرتوهای بسیار پرانرژی کیهان به مراتب کمتر از این است و در هر قرن ممکن است یکی از آن‌ها به هر کیلومترمربع برخورد کند.

خاستگاه دقیق این ذرات پرانرژی با وجود سال‌ها پژوهش و تحقیق، هنوز مشخص نیست. تصور دانشمندان عموما این است که این ذرات با پرانرژی‌ترین پدیده‌های گیتی، از جمله سیاهچاله‌ها، فوران‌‌های پرتو گاما و هسته‌های فعال کهکشانی مرتبط باشند، اما به نظر می‌رسد بزرگ‌ترین نمونه‌هایی که تاکنون از ذرات پرانرژی کشف‌ شده‌، از فضاهای خالی گیتی سرچشمه گرفته‌اند. به عبارت دیگر، در نهایت تعجب، ردیابی این ذرات، ما را به فضای خالی در گیتی می‌رساند و نه به رخدادهای عظیم پرانرژی نظیر سیاهچاله‌ها و فوران‌های پرتو گاما.

ردیابی پرتوهای کیهانی با انرژی بالا

آماتراسو، ذره‌ای که اخیرا کشف‌شده در اساطیر ژاپنی به الهه خورشید گفته می‌شود. این ذره را یک رصدخانه پرتوهای کیهانی در صحرای غربی یوتا به نام آرایه تلسکوپی مشاهده کرده است. آرایه تلسکوپی، که در سال ۲۰۰۸ شروع به کار کرده، از ۵۰۷ آشکارساز به اندازه مساحت میز پینگ‌پنگ تشکیل شده است که جمعا ۷۰۰ کیلومتر مربع را پوشش می‌دهد. این آرایه تلسکوپی تاکنون بیش از ۳۰ پرتو کیهانی بسیار پرانرژی را ردیابی کرده است، اما انرژی هیچ کدام از آن‌ها به بزرگی ذره آماتراسو نبوده است.

این ذره در ۲۷ ماه مه ۲۰۲۱ به اتسمفر بالای یوتا برخورد کرد و دانشمندان به کمک این آشکارسازها توانستند میزان انرژی آن را برآورد و محاسبه کنند. این پدیده در ۲۳ آشکارساز ظاهر شد و دانشمندان انرژی آن را در حدود ۲۴۴ اگزاالکترون‌ولت برآورد کردند. انرژی ذره بسیار پرانرژی قبلی یعنی ذره «اوه-مای-گاد» که بیش از ۳۰ سال پیش شناسایی شد ۳۲۰ ولت اگزاالکترون بود. به گفته دانشمندان ناسا، انرژی معمولی یک الکترون در شفق قطبی تنها ۵۰ هزار الکترون‌ولت است.

انرژی این ذرات کیهانی، ده‌ها میلیون برابر بیشتر از انرژی شتاب‌دهنده‌های ذراتی است که انسان ساخته است. انرژی حاصل از شتاب‌دهنده‌هایی مانند برخورددهنده بزرگ هادرونی، قوی‌ترین شتاب‌دهنده‌ای که تاکنون ساخته شده است، هرگز نزدیک به انرژی ذرات کیهانی مانند آماتراسو نیست.

برای به دست آمدن این میزان از انرژی، به ناحیه‌ای با میدان‌های مغناطیسی بسیار بالا نیاز است. به عبارت دیگر به چیزی مانند یک شتاب‌دهنده مثل ال‌اچ‌سی یا همان برخورددهنده بزرگ هادرونی اما در ابعاد بسیار بزرگ‌تر. بنابراین، منابعی که می‌توانند این میزان از انرژی را ایجاد کنند بسیار بسیار نادرند. به همین دلیل، این ذرات در گستره وسیعی پراکنده می‌شوند و احتمال برخورد یکی از آن‌ها با زمین بسیار ناچیز است.

اتمسفر زمین تا حد زیادی از انسان در برابر هر گونه اثرات زیان‌بار ذرات کیهانی محافظت می‌کند. با این حال، پرتوهای کیهانی گاهی اوقات سبب بروز اشکالات رایانه‌ای می‌شوند. به گفته ناسا، این ذرات و به طور گسترده‌تر پرتوهای فضایی، خطر بیشتری را برای فضانوردان ایجاد می‌کنند و احتمال آسیب ساختاری به دی‌ان‌ای و تغییر بسیاری از فرآیندهای سلولی در آن‌ها وجود دارد.

به گفته متیوز، در نهایت تعجب وقتی مسیر حرکت این ذرات به عقب ردیابی می‌شود، به نظر می‌رسد که هیچ منبع انرژی بالایی برای تولید چنین ذراتی وجود ندارد.

به طور خاص درباره ذره آماتراسو، به نظر می‌رسد که این ذره از جایی که به عنوان «خلا محلی» شناخته می‌شود، سرچشمه می‌گیرد و از منطقه‌ای خالی در فضا واقع در مرز کهکشان راه شیری آمده است.

نه برای این ذره و نه برای ذره‌ پیشین پرانرژی یعنی ذره «اوه-مای-گاد»، هیچ خاستگاه مشخصی قابل ردیابی نیست و اخترشناسان تاکنون نتوانسته‌اند با تلسکوپ‌های خود منشاء مشخصی برای آن‌ها پیدا کنند. اینکه این ذرات از کجای گیتی به زمین رسیده‌اند پرسشی است که شاید برای رسیدن به پاسخ آن باید کمی بیشتر صبر کنیم. اضافه کردن آشکارسازهای جدید از جمله تکمیل آن با ۵۰۰ آشکارساز دیگر ممکن است ذرات بیشتری از این دست را ثبت و شناسایی کند و در این صورت شاید بتوان، پاسخی برای این پرسش‌ها پیدا کرد.