تایید وجود هاله‌ی عجیب کیهانی، در نزدیکی زمین
تایید وجود هاله‌ی عجیب کیهانی، در نزدیکی زمین
مجله علمی ایلیاد – اخترشناسان، تپ‌اختری را در فاصله‌ی نزدیک به زمین رصد کرده‌اند که هاله‌ی عجیبی پیرامون آن وجود دارد. این تپ‌اختر شاید بتواند معمایی را حل کند که اخترشناسان برای چندین سال در صدد رمزگشایی از آن بوده‌اند. تپ‌اختر مورد نظر «Geminga» نام دارد و یکی از نزدیک‌ترین تپ‌اخترها به زمین محسوب می‌شود. این تپ‌اختر تقریباً ۸۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد و در صورت فلکی دوپیکر واقع‌شده است. این تپ‌اختر نه‌تنها در نزدیکی زمین واقع‌شده، بلکه در قالب پرتوهای گاما به روشنی می‌درخشد.
البته هاله برای ما نامرئی است، چون‌که در قالب پرتوهای گاما است. تلسکوپ فضایی پرتوگامای فِرمی متعلق به ناسا، این هاله را کشف کرده است. احتمال می‌رود این هاله مسئول وقوع برخی از رویدادها در همسایگی ما باشد. این هاله به‌قدری بزرگ است که از دید ناظر زمینی، وسعتی به اندازه‌ی ۴۰ ماه کامل را پوشش می‌دهد. مقدار فراوانی پادماده در نزدیکی زمین وجود دارد و وجود آن برای چندین سال است که اخترشناسان را مبهوت کرده است.
«ماتیا دی مائورو» اخترفیزیکدان در دانشگاه کاتولیک آمریکا در واشینگتن و مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در گرین بلت مریلند، می‌گوید: «تجزیه‌وتحلیل‌های ما نشان می‌دهد که این تپ‌اختر می‌تواند در این معما هم نقش داشته باشد که چرا یک نوع ذره‌ی کیهانی، یعنی پادماده به‌وفور در نزدیک زمین یافت می‌شود. این‌ها پوزیترون‌هایی هستند که از آن‌سوی منظومه‌ی شمسی نشات می‌گیرند.»
تپ‌اختر به بقایای ستاره غول‌پیکری گفته می‌شود که در قالب ابرنواختر دچار انفجار شده است. تپ‌اختر Geminga نتیجه یک انفجار ابرنواختری در ۳۰۰،۰۰۰ سال پیش بوده است. این تپ‌اختر، ستاره‌ی چرخانی است که جهت چرخش آن به سمت سیاره زمین است؛ به همین خاطر انرژی آن به این سمت روانه می‌شود. به‌طور طبیعی، تپ‌اخترها با ابری از الکترون و پوزیترون احاطه شده‌اند؛ به همین دلیل است که ستاره‌های نوترونی دارای میدان مغناطیسی شدیدی هستند. این میدان‌های بسیار قوی، ذرات را از سطح تپ‌اختر دریافت می‌کند و باعث افزایش سرعت آن‌ها به‌سرعت نور می‌شود. این ذرات پُرسرعت که شامل الکترون‌ها و همتایان پادماده‌شان، یعنی پوزیترون‌ها می‌شود، پرتوهای کیهانی برشمرده می‌شوند. چون پرتوهای کیهانی دارای بار الکتریکی هستند، در معرض اثرات میدان‌های مغناطیسی قرار دارند.
وقتی پرتوهای کیهانی به زمین می‌رسند، اخترشناسان قادر به تعیین منبع آن‌ها نیستند. در طول یک دهه‌ی گذشته، در مشاهدات و آزمایش‌های مختلف، پوزیترون‌های پرانرژی‌تری در مجاورت کیهانی ما شناسایی‌شده است. تلسکوپ فضایی پرتوگامای فِرمی که به ناسا تعلق دارد، طیف‌سنج مغناطیسی آلفای ناسا و سایر آزمایش‌ها، موفق به شناسایی آن‌ها گردیده‌اند. دانشمندان انتظار داشتند تپ‌اخترهای نزدیک مثل Geminga منبع این پرتوها باشند. اما به دلیل شیوه‌ی تأثیرپذیری‌شان از میدان‌های مغناطیسی، امکان تصدیق آن وجود نداشت.
اما در سال ۲۰۱۷، رصدخانه‌ی پرتوگامای واتر چرنکوف «HAWC» تایید کرد که برخی دستگاه‌ها در زمین آن پرتوها را شناسایی کرده‌اند؛ یک هاله‌ی قوی از پرتوگاما در پیرامون Geminga رصد شده بود. این رصدخانه موفق به شناسایی انرژی در ساختار هاله به اندازه‌ی ۵ تا ۴۰ ترا الکترون ولت شد. دانشمندان در ابتدا تصور کردند که این هاله‌ی پُرانرژی در پی الکترون‌های پُرسرعت و پوزیترون‌هایی که به نور ستاره برخورد می‌کنند، به وجود آمده است؛ چرا که این عامل می‌تواند باعث افزایش انرژی آن‌ها شده و درخشش آن‌ها را چند برابر کند.
وقتی یک ذره‌ی باردار، مقداری از انرژی خود را به یک فوتون منتقل می‌کند، به این فرایند «پراکندگی کامپتون معکوس» گفته می‌شود. اما محققانی که در رصدخانه‌ی HAWC کار می‌کنند، با مشاهده Geminga و هاله‌ی آن، به این نتیجه رسیدند که این پوزیترون‌های پرانرژی در مواقعی بسیار نادر می‌توانند به زمین برسند و این به اندازه‌ی هاله هم‌بستگی دارد. پس می‌بایست توضیح دیگری برای وفور پوزیترون‌ها در نزدیک زمین وجود می‌داشت.
دانشمندانی که وجود پوزیترون‌ها را در نزدیک زمین مورد مطالعه قرار می‌دهند، هنوز تپ‌اخترها را از لیست خود کنار نگذاشته‌اند. Geminga به‌عنوان یک تپ‌اختر پرنور و نزدیک به زمین، کماکان موردتوجه طیف کثیری از محققان قرار دارد. ماتیا دی مائورو سرپرستی تیم کوچکی از دانشمندان را بر عهده دارد که داده‌های مربوط به تپ‌اختر Geminga را مطالعه و بررسی می‌کنند؛ گفته می‌شود این داده‌ها در طول یک دهه‌ی اخیر جمع‌آوری‌شده است. در همین راستا، تلسکوپ بزرگ فِرمی یا به‌اختصار «LAT» نقش اصلی را در گردآوری این داده‌ها ایفا کرده است. دی مائورو نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی جدیدی است که یافته‌ها را ارائه می‌کند. این مقاله در مجله «Physical Review D» منتشرشده است.
یکی از نویسندگان مقاله، «سیلویا مونکنی» محقق دوره‌ی فوق دکتری در دانشگاه RWTH Aachen در کشور آلمان است. او در یک نشست خبری بیان کرد: «ما برای مطالعه‌ی این هاله مجبور بودیم همه منابع پرتوگامای دیگر را کنار بگذاریم؛ مثل نوری که در اثر برخورد پرتوهای کیهانی به ابرهای گازی میان‌ستاره‌ای ایجاد می‌شود. ما داده‌ها را با استفاده از ۱۰ مدل مختلف از نشر میان ستاره‌ای موردبررسی قرار دادیم.»
وقتی محققان کلیه‌ی منابع پرتوگامای دیگر در آسمان را حذف کردند، داده‌ها یک ساختار مستطیلی درازی را نشان داد؛ هاله‌ای در اطراف تپ‌اختر Geminga. این ساختار پُرانرژی، ۲۰ درجه در آسمان را پوشش می‌داد. «فیورنزا دوناتو» یکی دیگر از نویسندگان مقاله از موسسه‌ی فیزیک هسته‌ای ملی ایتالیا و دانشگاه تورین است. دوناتو می‌گوید: «ذرات کم انرژی قبل از اینکه به نور ستاره برخورد کنند، به میزان بسیار زیادی از تپ‌اختر دور می‌شوند؛ قسمتی از انرژی خود را به نور ستاره انتقال می‌دهند و نور را به پرتوهای گاما ارتقا می‌دهند. به همین دلیل است که نشر پرتوگاما در انرژی پایین‌تر، مساحت بزرگ‌تری را پوشش می‌دهد. هاله‌ی تپ‌اختر Geminga تا حدودی طویل است که دلیل آن‌را به حرکت تپ‌اختر در فضا نسبت می‌دهند.»
محققان با مقایسه داده‌های جدید با داده‌های قدیم به این نتیجه رسیدند که مجموعه‌ی داده‌ها با یکدیگر مطابقت دارند. آن‌ها همچنین دریافتند که تپ‌اختر نزدیک و درخشانِ Geminga می‌تواند در ۲۰ درصد از پوزیترون‌های پرانرژی نقش داشته باشد که در آزمایش AMS-02 از آن‌ها رونمایی شد. دی مائورو در پایان گفت: «تحقیقات جدید ما بر اهمیت مطالعه‌ی تک‌تک منابع تاکید می‌کند تا زمینه برای پیش‌بینی نقش آن‌ها در کمک به پرتوهای کیهانی فراهم شود. این یک جنبه از حوزه‌ی جدیدی به نام اخترشناسی مالتی-مسنجر است؛ محققان در این حوزه به مطالعه جهان با سیگنال‌هایی مثل پرتوهای کیهانی می‌پردازند.»