لحسن حظ الحياة على الأرض ، يحجب الغلاف الجوي للكوكب معظم أشعة جاما الخطرة.ولكن بسبب
كان هذا الاكتشاف يسمى فقاعات فيرمي.على الرغم من أن طبيعة هذه الظاهرة لا تزال غامضة ، يعتقد العلماء أنها مرتبطة بثقب أسود هائل يقع في وسط المجرة. لكن دراسة جديدة تظهر أن هذا ليس صحيحًا تمامًا.
كيف تدرس أشعة جاما الكونية؟
الكون موطن للكثيرينظواهر غريبة وجميلة ، بعضها يمكن أن يولد كمية لا يمكن تصورها من الطاقة. الثقوب السوداء الهائلة ، اندماج النجوم النيوترونية ، تيارات من الغاز الساخن تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء. كل هذه مجرد أمثلة لبعض الأحداث التي تولد تدفق أشعة جاما.
تذكر أن إشعاع جاما هو الأكثرشكل الطاقة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. له أقصر طول موجي (أقل من 2-10-10 م) وهو تيار من الفوتونات عالية الطاقة. هذا الإشعاع له خصائص مؤينة ، أي أنه يمكن أن يحول الذرات إلى أيونات مشحونة.
وبما أن الرؤية من مستوى الأرض محجوبة، فإن العلماء لا يستطيعون ذلكلم يكن لديه أي فكرة عن ثروة أشعة جاما في السماء حتى تم إطلاق أدوات البحث في الفضاء. تم إجراء أول عمليات رصد عرضية بواسطة أقمار فيلا الصناعية التي تم إطلاقها في الستينيات لمراقبة التجارب النووية المحظورة.
رسم توضيحي للفنان للقمر الصناعي فيلا الذي يدور حول الأرض. الصورة: المجال العام، الرابط
في 2 يوليو 1967 ، تم الكشف عن كاشفات الأقمار الصناعية Vela 4 وسجلت فيلا 3 أول انفجار لأشعة جاما ، على عكس أي من الإشارات المعروفة المرتبطة بالأسلحة. أظهر مزيد من التحليل أنه لا علاقة له بالأرض واختبار القنبلة الذرية.
دراسة كاملة لإشعاع جاما فيبدأ الفضاء بإطلاق تلسكوب فيرمي الفضائي في عام 2008. يتكون الجهاز من جهاز مراقبة انفجار أشعة جاما وتلسكوب عريض. يستخدم Fermi وميض ، أي المواد التي يمكن أن تتوهج عندما تمتص الإشعاع المؤين. يتم التقاط الضوء من هذه المستشعرات بواسطة كاشف ضوئي ، مما يسمح لك بإصلاح قوة الإشعاع. توجد مؤشرات وميض التلسكوب على جوانب المركبة الفضائية لرؤية السماء بأكملها غير محجوبة بالأرض.
يكتشف التلسكوب ذو المساحة الكبيرة (LAT)أشعة جاما الفردية ، باستخدام تقنية مشابهة لمسرعات الجسيمات الأرضية. اصطدمت الفوتونات بصفائح معدنية رقيقة ، وتحولت إلى أزواج من الإلكترون والبوزيترون. تنتقل هذه الجسيمات المشحونة عبر طبقات متناوبة من كاشفات السيليكون الدقيقة ، مما يتسبب في تأين ينتج نبضات صغيرة يمكن اكتشافها من الشحنات الكهربائية.
على مر السنين ، حقق فيرمي الكثيراكتشافات مذهلة. على سبيل المثال ، كان أول من اكتشف نجمًا نابضًا لا يصدر إلا أشعة غاما ، وتعلم أن بقايا المستعر الأعظم تعمل كمسرع جسيمات عملاق ، ولاحظ ومضات من أشعة غاما أثناء العواصف الرعدية على الأرض. لكن الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو فقاعات فيرمي.
رسم توضيحي للفنان لتلسكوب فيرمي. الصورة: مختبر الصور المفاهيمية التابع لمركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
كلما زاد البحث ، زاد عدد الألغاز
في نوفمبر 2010 ، أعلن الباحثون ذلكعلى جانبي قلب مجرة درب التبانة ، تم اكتشاف بنائين بيضاويين كبيرين من البلازما النشطة تنبعث منها موجات جاما والأشعة السينية. هذه الهياكل ، التي تسمى فقاعات فيرمي ، تمتد 25000 سنة ضوئية لأعلى ولأسفل من مركز المجرة. للمقارنة ، المسافة من الشمس إلى حوالي 26 ألف سنة ضوئية.
توضيح فني لفقاعات فيرمي. فيديو: ناسا
خلفية أشعة جاما منتشرة في المجرة والمحيط بالفضاء المحيط بالاكتشاف السابق لهذه الهياكل العملاقة غير العادية. لكن قوة تلسكوب فيرمي والتقدم التكنولوجي قد تغلب على هذه المشكلة.
يعتقد الباحثون أن مصدر الفقاعاتهو ثقب أسود هائل في المجرة. علاوة على ذلك ، يجب أن يتم ربطهم من خلاله. تشير الفرضية الأكثر شيوعًا إلى أن الثقب الأسود يمتص المادة بفاعلية ، ويطلق نفاثات عملاقة من البلازما المرئية في الطيف الكهرومغناطيسي. تم اكتشاف مصادر مماثلة سابقًا في مجرات أخرى.
بيانات الرصد على فقاعات فيرمي. فيديو: ناسا
لتأكيد هذه النظرية ، بحث العلماء عن مثل هذه"المداخن" عبارة عن نفاثات عمودية من البلازما متعامدة على مستوى المجرة. وسرعان ما لوحظ شيء مشابه وتم قياسه لاحقًا داخل فقاعات فيرمي.
مزيد من البحث ، ومع ذلك ، قدمت جديدةأسئلة. اتضح أن الفقاعات لا تبدو متناظرة كما اقترحت النظرية. بينما في أحدهما تم تتبع صورة واضحة لـ "المدخنة" ، في الآخر - في عملية القياسات ، بدأت تختفي. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على بقعة مضيئة غريبة "شرنقة" في إحداها ، والتي لا يمكن تفسيرها بأي شكل من الأشكال.
الطبيعة الغامضة لـ "الشرنقة"
استكشاف بتلات فقاعات Fermi الباحثونوجد أنها مغطاة بالعديد من الهياكل الغامضة التي تتكون من أشعة جاما شديدة السطوع وبارزة. تم العثور على واحدة من ألمع البقع في الفص الجنوبي وكان يسمى شرنقة فيرمي.
كوكون فيرمي. الصورة: Kavli IPMU
في بحث نُشر مؤخرًا في مجلة Natureأفاد الباحثون في علم الفلك أنهم تمكنوا من تحديد طبيعة هذه الشرنقة. في عملهم ، قام العلماء بتحليل البيانات من تلسكوبات GAIA و Fermi الفضائية لإظهار أن شرنقة Fermi تنشأ بالفعل من الإشعاع من Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy (SagDEG).
هذه المجرة التابعة لمجرة درب التبانة تكون مرئية عندماالمراقبة من الأرض من خلال فقاعات فيرمي. بسبب مداره الضيق ، فقد الكثير من غازه البينجمي أثناء دورانه حول مجرتنا ، وتمزق العديد من نجومه من قرص نجمهم وسحبهم إلى التيارات التي تتبع SagDEG.
موقع الشمس والمجرة الإهليلجية القزمة في القوس. الصورة: Kavli IPMU
هذه المجرة خالية فعليًا من المواد لـتشكيل النجوم والعمليات النشطة. ومع ذلك ، لا يزال بإمكانه إخفاء مصادر إشعاع جاما. أظهر علماء الفيزياء الفلكية في عملهم أن التوهج الغامض لشرنقة فيرمي يمكن تفسيره من خلال العديد من النجوم النابضة بالمللي ثانية الموجودة في مجرة SagDEG.
النجوم النابضة الميلي ثانية هي بقاياأنواع معينة من النجوم ، أكبر بكثير من الشمس ، الموجودة في أنظمة ثنائية قريبة. تحت تأثير الدوران الشديد ، يقومون بإلقاء الجسيمات المتسارعة في الفضاء. تتصادم الإلكترونات الصادرة عن النجوم النابضة بالمللي ثانية مع فوتونات الخلفية الكونية ذات الطاقة المنخفضة في الميكروويف ، مما يدفعها نحو أشعة جاما عالية الطاقة.
على الرغم من أن الباحثين كانوا قادرين على شرح منفصلالتأثير المرتبط بفقاعات فيرمي والطبيعة المعقدة لهذه الظاهرة ولإشعاع غاما الكوني بشكل عام يظل لغزا. على الرغم من أنه كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن نوى المجرة النشطة هي المصدر الرئيسي لأشعة جاما ، إلا أنه من المعروف الآن أن هذا خطأ.
تقترح إحدى الفرضيات البديلة ذلكيمكن أن يشكل التفاعل غير المعروف للمادة المظلمة معظم هذا الإشعاع. سيتمكن العلماء من اكتشاف ذلك في تجارب جديدة ، وربما تحتوي أدلة إضافية على فقاعات فيرمي الغامضة.
قراءة المزيد:
ناسا تكشف كيف يبدو مستقبل النظام الشمسي
قام الفيزيائيون بتبريد الذرات لتسجيل درجات الحرارة. إنها أبرد بمليار مرة من الفضاء الخارجي.
يشرح الباحثون سبب تصادم الهند وآسيا بسرعة كبيرة
صورة الغلاف: NASA / GSFC / DOE / Fermi LAT / D.Finkbeiner et al.