החוקרים משערים שהחלקיקים עתירי האנרגיה הללו נולדים בסביבות הקיצוניות ביותר ביקום — סביב חורים שחורים, בשאריות סופרנובה ובאזורים של היווצרות כוכבים
חוקרים חושפים את מקורות הקרינה הקוסמית ומקשרים אותם למאיצים קוסמיים מסתוריים המכונים “פבטרונים”(PeVatrons) . מחקר חדש של אסטרופיזיקאים ב-MSU עשוי לקרב את המדענים לפתרון חידה שמטרידה אותם למעלה ממאה שנה: מאין מגיעה הקרינה הקוסמית הגלקטית? הקרינה הקוסמית מורכבת מחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הנעים כמעט במהירות האור. הם מגיעים הן מתוך שביל החלב והן מחוצה לו, אך מקורותיהם המדויקים נותרו בלתי מזוהים מאז גילויים בשנת 1912.
ד"ר שואו (Shuo) ג'אנג, מרצה לפיזיקה ולאסטרונומיה ב-MSU וצוות המחקר שלה, הובילו שני מחקרים עדכניים שמציעים תובנות חדשות על היכן ייתכן שנוצרו חלקיקים אלה. הממצאים הוצגו בכנס ה-246 של האגודה האסטרונומית האמריקנית (AAS) שנערך באנקורג', אלסקה. משערים שהחלקיקים עתירי האנרגיה הללו נולדים בסביבות הקיצוניות ביותר ביקום — סביב חורים שחורים, בשאריות סופרנובה ובאזורים של היווצרות כוכבים. אירועים אסטרופיזיים כאלה מייצרים גם נייטרינו — חלקיקים זעירים וכמעט חסרי מסה, הנמצאים בכל רחבי היקום וגם כאן על פני כדור הארץ. "הקרינה הקוסמית רלוונטית הרבה יותר לחיים על פני כדור הארץ ממה שאולי נדמה," אומרת ג'אנג. "כ-100 טריליון נייטרינו קוסמיים ממקורות רחוקים מאוד — כמו חורים שחורים — עוברים דרך הגוף שלך בכל שנייה. לא תרצה לדעת מאיפה הם הגיעו?"
מאיצי־העל של היקום
המקורות של הקרינה הקוסמית חזקים עד כדי כך שהם מסוגלים להאיץ פרוטונים ואלקטרונים לרמות אנרגיה העולות בהרבה על מה שניתן להשיג גם במאיצי החלקיקים המתקדמים ביותר שבנה האדם. הקבוצה של ג'אנג מתמקדת במאיצים טבעיים אלה — הפבטרונים — כדי להבין היכן הם מצויים, ממה הם מורכבים וכיצד הם דוחפים חלקיקים לאנרגיות קיצוניות כל כך. הבנה עמוקה יותר של מנגנוני ההאצה הללו עשויה לסייע במענה לשאלות יסוד על התפתחות גלקסיות ועל טיבו המסתורי של החומר האפל.
שני המאמרים האחרונים של הקבוצה בוחנים מחקר רב־אורכי גל של גופים המועמדים כפבטרון שמקורם לא היה ידוע. במאמר הראשון, סטיבן דיקרבי, פוסט-דוקטורנט בקבוצה של ג'אנג, חקר מועמד מסתורי לפבטרון שהתגלתה על-ידי מצפה האוויר הגבוה LHAASO , אך טיב המקור נותר לא ברור. באמצעות נתוני רנטגן של טלסקופ החלל XMM-Newton , דיקרבי זיהה נבולת רוח פולסר — בועה מתפשטת של אלקטרונים יחסותיים והזרקת אנרגיה מפולסר. הממצא הזה קיבע את המועמד לפבטרון כ"נבולת רוח פולסר" — אחד המקרים המעטים שבהם ניתן לזהות במפורש את טבעו של פבטרון.
במאמר השני, שלושה סטודנטים לתואר ראשון ב-MSU מקבוצתה של ג'אנג — אלה וֶר, אמירי ווקר ושאן קרים — השתמשו בטלסקופ הרנטגן Swift של נאס"א כדי לצפות בפליטת רנטגן ממקורות LHAASO שנחקרו מעט. הצוות חישב גבולות עליונים לפליטת הרנטגן, ועבודתם יכולה לשמש כבסיס למחקרים עתידיים. "באמצעות זיהוי וסיווג של מקורות קרינה קוסמית, נוכל, בתקווה, לבנות קטלוג מקיף של המקורות עם סיווג," אומרת ג'אנג. "זו עשויה להיות מורשת שתאפשר למצפי נייטרינו עתידיים ולטלסקופים 'קלאסיים' לבצע מחקרים מעמיקים יותר במנגנוני האצת חלקיקים."
הלאה מכאן, מתכננת הקבוצה של ג'אנג להתמודד עם מחקר נוסף על מקורות הקרינה הקוסמית באמצעות שילוב הנתונים שהיא אוספת ממצפה הנייטרינו אייסקיוב (IceCube) עם אלו מטלסקופי רנטגן וגאמה. החוקרים רוצים לבדוק מדוע יש מקורות קרינה קוסמית שפולטים נייטרינו ואחרים שלא — והיכן וכיצד נוצרים הנייטרינו הללו. "העבודה הזאת תדרוש שיתוף פעולה בין פיזיקאי חלקיקים לאסטרונומים," אומרת ג'אנג. "זה פרויקט אידיאלי לקבוצת הפיזיקה עתירת האנרגיה של MSU."
עוד בנושא באתר הידען:
