الأشعة الكونية "تهاجم" الأرض كل ثانية: من أين أتت بالفعل؟

قام فريق دولي من العلماء بتطوير برنامج حاسوبي يحاكي انتقال الفضاء

الأشعة في الفضاء. ويأمل الفيزيائيون أن يساعد هذا في حل لغز المكان الذي أتوا منه.

ما هي الأشعة الكونية؟

الأشعة الكونية بطبيعتها هيالجسيمات الأولية والنوى الذرية التي تتحرك بطاقات عالية في الفضاء الخارجي. تعتبر المصادر الرئيسية للأشعة الكونية الأولية هي انفجارات المستعرات الأعظم (الأشعة الكونية المجرية) والشمس، لكن طبيعتها لا تزال غير مفهومة بالكامل.

الطاقات العالية (تصل إلى 1016 فولت) للمجرةيفسر العلماء الأشعة الكونية بتسارع الجسيمات على موجات الصدمة الناتجة عن انفجارات السوبرنوفا. وتتحرك بسرعة الضوء تقريبًا، أي حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية.

تاريخ الاكتشاف

تم اكتشاف الأشعة الكونية عام 1912 على يد نمساويالفيزيائي فيكتور هيس. كان موظفًا في معهد الراديوم في فيينا وأجرى أبحاثًا حول الغازات المتأينة. ومع ذلك، حتى هذه اللحظة، شكك العلماء في وجودها.

الفيزيائي الفرنسي شارل أوغسطين دي كولومب،أثناء دراسة طبيعة الكهرباء باستخدام المكشاف الكهربائي، اكتشف أن الشحنة تتدفق تلقائيًا بعيدًا عن صفائح الرقائق حتى مع أفضل عزل كهربائي. اكتشف ويليام كروكس لاحقًا أن معدل هذه العملية ينخفض ​​عندما ينخفض ​​ضغط الهواء في المكشاف الكهربائي. لذلك توصل العالم إلى استنتاج مفاده أن سبب التفريغ هو تأين الهواء.

المؤلف: مونتاج: تحالف هيلمهولتز لفيزياء الجسيمات الفلكية / أ. شانتيلوز، الصورة: مرصد بيير أوجيه. حقوق الطبع والنشر: CC BY-NC 4.0

إلا أن سبب ذلك لم يكن معروفا حتىولم يكتشف الفيزيائيون ظاهرة النشاط الإشعاعي. ثم افترض العلماء وجود إشعاع خلفي عالمي، مصدره إما الأرض أو الغلاف الجوي أو الفضاء.
وبعد سلسلة من التجارب، توصل هيس إلى استنتاج مفاده أن مصدر الإشعاع هو السماء. أطلق عليه العالم اسم "الإشعاع عالي الارتفاع".

وبعد 20 عاما، حصل هيس على جائزة نوبلالجائزة، وكان بحثه بمثابة الأساس لتطوير مجال جديد من العلوم - فيزياء الأشعة الكونية. ومنذ ذلك الحين، أحرز العلماء تقدمًا كبيرًا في أبحاثهم، لكن لا تزال بعض الأسئلة دون إجابة. على سبيل المثال، حول سرعة وعملية تكوين الأشعة الكونية.

لماذا يصعب رصد الأشعة الكونية؟

100 عام على اكتشاف الأشعة الكونيةقبل أن يحاول الباحثون فك رموز من أين أتوا. المشكلة هي أنه عند النظر إليها من الأرض، لا يمكن رؤيتها “بشكل منفصل” بالعين المجردة. إنها مضاءة بشكل متساوٍ في كل مكان تقريبًا ينظر إليه الشخص.

توضح الخطوط الملونة كيفية انحراف الأشعة الكونية في المجالات المغناطيسية.
تمثل الخطوط البيضاء المستقيمة المجال المغناطيسي واسع النطاق.
تتأثر مسارات الجسيمات (الخطوط الملونة) بمجالات مغناطيسية صغيرة الحجم غير موضحة هنا.
رسم توضيحي: لوكاس ميرتن

هذا لأن ضوء الشمس ينتشر في الداخلالغلاف الجوي للأرض وينتشر بالتساوي عبر السماء. تنتشر الأشعة الكونية أيضًا في طريقها إلى الكوكب. يفعل ذلك من خلال التفاعل مع المجالات المغناطيسية. كل ما نراه من على سطح الأرض هو صورة مضاءة بشكل موحد. ومع ذلك ، لا يزال أصل الإشعاع مجهولاً.

ماذا فعل العلماء؟

لحل المشكلة ، ابتكر العلماء خاصًابرنامج الكمبيوتر CRPropa (هندسة إطار انتشار الأشعة الكونية ، مخطط انتشار الأشعة الكونية). يسمح للعلماء بتتبع مسارات الجسيمات من تكوينها حتى وصولها إلى الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، ستساعد البيانات في شرح تفاعل الجسيمات مع المادة وحقول الفوتون في الكون بشكل كامل.

يشار إلى أن نماذج البرنامج ليست فقطانتشار الأشعة الكونية ، ولكن أيضًا آثار النيوترينوات وأشعة جاما التي تنشأ عندما تتفاعل. على عكس الأشعة الكونية ، يمكن ملاحظة هذه الجسيمات المرسلة مباشرة من مصادرها. هذا لأنهم يطيرون إلى الأرض في مسار مباشر.

دعونا نتذكر أن النيوترينوات محايدةالجسيمات الأساسية مع دوران نصف عدد صحيح. إنهم يشاركون فقط في التفاعلات الضعيفة والجاذبية. في السابق، أخبرت Hi-Tech ما هي وما هي التفاعلات الأخرى الموجودة في الطبيعة.

إنهم يدعمون الكون: كيف تعمل القوى الأساسية الأربعة للطبيعة

بالإضافة إلى ذلك ، يخطط العلماء لاستخدام البرنامج للتنبؤ بمثل هذه الإشارات من النيوترينوات وأشعة جاما من المجرات البعيدة ، مثل التوهجات النجمية أو المجرات النشطة.

كيف ستساعد؟

مؤلفو التطوير واثقون -برامجهم "تفتح نوافذ جديدة على الكون". وبمساعدتها، يستكشف الفيزيائيون نطاقات طاقة جديدة لا يمكن تغطيتها بالكامل باستخدام البرامج المتاحة حاليًا.

والأهم من ذلك ، سيتطور العلماء الآننموذج نظري يصف حركة الأشعة الكونية من مجرتنا درب التبانة إلى عناقيد النجوم البعيدة ويقارن البيانات مع الملاحظات.

تم تطوير برنامج المحاكاة بواسطة 17باحثون من ألمانيا وإسبانيا وهولندا وإيطاليا وكرواتيا وإنجلترا والنمسا. تم تنفيذ المشروع في إطار مركز الأبحاث المشترك ، الذي تموله مؤسسة الأبحاث الألمانية.

العلماء واثقون من أن CRPropa ستقدم مساهمة كبيرةفي فهم مصدر الأشعة الكونية. ستساعد الحسابات النظرية الجديدة الفيزيائيين على تفسير مجموعة متنوعة من البيانات التي يتلقاها العلماء من مختلف الأدوات التي تراقب الكون.

قراءة المزيد:

انظر إلى ظاهرة مستحيلة على كوكب المريخ

يمكن لقمر صناعي ضخم أن يضيء كل النجوم والكواكب في سماء الليل

تقول الصين إنها ستمتلك قوة اندماج في غضون 6 سنوات