پژوهشگران سرنخ‌های جدیدی درباره منشأ پرانرژی‌ترین ذرات کیهانی یافتند
در کهکشان‌ها، اجسام خاصی مانند باقی‌مانده‌های ابرنواختر، پالسارها و سیاه‌چاله‌ها انرژی قوی را آزاد کرده که ذرات را به سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور می‌تازند.
این اجسام ذرات باردار بسیار پرانرژی و اشعه‌های گاما منتشر می‌کنند.
در میان این ذرات پرانرژی، الکترون‌های کیهانی (CRe) به عنوان پیام‌رسانان اسرارآمیز از کیهان وجود دارند.
الکترون‌های کیهانی به عنوان «الکترون‌ها و پوزیترون‌های پرانرژی‌ترین» شناخته می‌شوند.
جالب اینکه، اینها انرژی‌های بیش از یک تراه الکترون‌ولت (TeV) دارند، که 1000 میلیارد برابر انرژی نور مرئی است.
اما منشأ این ذرات همچنان در هاله‌ای از ابهام است. دانشمندان به ابزارهای قوی مانند رصدخانه H.E.S.S در نامیبیا روی می‌آورند تا این معما کیهانی را حل کنند.
جالب است که H.E.S.S اکنون سرنخ‌های تازه‌ای درباره منشأ این ذرات کشف کرده است.
داده‌ها نشان می‌دهد که این الکترون‌های پرانرژی به احتمال زیاد از منابعی نسبتاً نزدیک به منظومه شمسی ما سرچشمه می‌گیرند.
«می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم که اندازه‌گیری CRe احتمالاً از تعداد بسیار کمی منابع در نزدیکی منظومه شمسی ما، تا حداکثر چند هزار سال نوری، که در مقایسه با اندازه کهکشان ما فاصله بسیار کمی است، سرچشمه می‌گیرد»، گفت کاترین اگبرتس، نویسنده همکار از دانشگاه پوتسدام.
تحلیل داده‌های HESS
آشکارسازهای زمینی به‌طور غیرمستقیم الکترون‌های اشعه کیهانی را با تشخیص باران ذراتی که در جو ایجاد می‌کنند رصد می‌کنند.
با مطالعه این باران‌ها، دانشمندان می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره خواص اشعه کیهانی اصلی بدست آورند.
با این حال، تشخیص باران‌ها از الکترون‌ها یا پوزیترون‌ها از باران‌های شایع‌تر پروتون‌ها و هسته‌ها چالش عمده‌ای است.
رصدخانه H.E.S.S از چندین تلسکوپ ۱۲ متری برای تشخیص تابش چرنکوف از باران‌های هوا استفاده می‌کند، عمدتاً برای مطالعه منابع اشعه گاما. با این حال، داده‌های آن می‌تواند الکترون‌های کیهانی را درون این باران‌ها شناسایی کند.
برای افراد ناآشنا، تابش چرنکوف زمانی تولید می‌شود که یک ذره باردار مثل یک الکترون با سرعت بیشتری از طریق یک محیط دی‌الکتریک همچون آب حرکت کند.
در مطالعه جدید، پژوهشگران داده‌های تلسکوپ‌های HESS را به مدت یک دهه تحلیل کردند. علاوه بر این، آنها الگوریتم‌های پیشرفته‌تری را برای شناسایی الکترون‌های اشعه کیهانی در میان نویز زمینه استفاده کردند.
«برای اولین بار توانستیم محدودیت‌های شدیدی بر منشأ این الکترون‌های کیهانی قرار دهیم با تحلیل دقیق خودمان»، گفت ورنر هافمان، نویسنده همکار از موسسه ماکس پلانک برای فیزیک هسته‌ای.
منشأ احتمالاً از منابع نزدیک
از طریق این رویکرد، محققان H.E.S.S اطلاعات بی‌سابقه‌ای درباره الکترون‌های اشعه کیهانی جمع‌آوری کردند.
برای اولین بار، آنها توانستند در بالاترین دامنه انرژی بر روی الکترون‌های اشعه کیهانی داده‌ها را جمع‌آوری کنند، که تا 40 TeV گسترش می‌یابد.
با جمع‌آوری داده‌ها بر روی الکترون‌ها تا 40 TeV، پژوهشگران توانستند یک کاهش ناگهانی در توزیع انرژی آنها را مشاهده کنند.
این یافته‌ها آنها را به این نتیجه‌گیری رساند که اندازه‌گیری CRe احتمالاً از چندین منبع نزدیک به کهکشان خانه ما سرچشمه می‌گیرد.
«میزان‌های بسیار پایین در حد TeV بالا، امکان رقابت ماموریت‌های فضایی با این اندازه‌گیری را محدود می‌کند. بنابراین، اندازه‌گیری ما نه تنها داده‌هایی در دامنه انرژی مهم و پیش‌ازاین ناشناخته را فراهم می‌کند، بلکه بر فهم ما از همسایگی محلی تأثیر می‌گذارد و احتمالاً برای چند سال آینده یک نقطه معیار باقی خواهد ماند»، نتیجه‌گیری کرد متیو د نائوروآ، پژوهشگر CNRS از آزمایشگاه لوپرنس-رینگوئت، در بیانیه‌ای که در بیانیه مطبوعاتی .
یافته‌ها در مجله Physical Review Letters منتشر شدند.
