تلسکوپ فرمی ناسا منبع باقیمانده ستاره ای ذرات کیهانی شدید را پیدا کرد

تلسکوپ پرتو گامای فرمی ناسا باقیمانده ابرنواختری را به عنوان محل پرتاب برخی از پرانرژی ترین پروتون های کهکشان ما تایید می کند. فرمی نشان داد که امواج ضربه ای ناشی از انفجار ستارگان، ذرات را به سرعت های قابل مقایسه با سرعت نور شتاب می دهند. این ذرات که پرتوهای کیهانی نامیده می شوند، بیشتر به شکل پروتون هستند، اما می توانند شامل هسته اتمی و الکترون باشند. از آنجایی که همه آنها حامل بار الکتریکی هستند، مسیرهای آنها در حین حرکت در میدان مغناطیسی کهکشان ما به هم می خورد. از آنجایی که ما دیگر نمی توانیم بگوییم آنها از کدام جهت آمده اند، این امر محل تولد آنها را پنهان می کند. اما وقتی این ذرات با گاز بین ستاره‌ای در نزدیکی باقیمانده ابرنواختر برخورد می‌کنند، درخششی آشکار در پرتوهای گاما تولید می‌کنند که پرانرژی‌ترین نور است.

Ke Fang، استادیار فیزیک در دانشگاه ویسکانسین، مدیسون، می‌گوید: نظریه‌پردازان معتقدند که پروتون‌های پرتوهای کیهانی با بالاترین انرژی در کهکشان راه شیری به یک میلیون میلیارد الکترون ولت یا انرژی PeV می‌رسند. تعیین ماهیت دقیق منابع آنها، که ما آن را PeVatron می نامیم، دشوار بوده است.

این ذرات که توسط میدان های مغناطیسی پر هرج و مرج به دام افتاده اند، بارها و بارها از موج شوک ابرنواختر عبور می کنند و با هر عبور سرعت و انرژی می گیرند. در نهایت باقیمانده دیگر نمی تواند آنها را در خود نگه دارد و آنها به فضای بین ستاره ای دور می شوند.

پروتون های PeV که به حدود 10 برابر انرژی جمع آوری شده توسط قدرتمندترین شتاب دهنده ذرات جهان، برخورددهنده بزرگ هادرون، افزایش یافته است، در آستانه فرار از کهکشان ما هستند.

ستاره شناسان چندین PeVatron مشکوک را شناسایی کرده اند، از جمله یکی در مرکز کهکشان ما. طبیعتاً بقایای ابرنواختر در صدر فهرست نامزدها قرار دارند. با این حال، از حدود 300 بقایای شناخته شده، تنها تعداد کمی از آنها پرتوهای گاما با انرژی به اندازه کافی بالا ساطع می کنند.

یک قطعه خاص از بقایای ستاره ای توجه بسیاری از ستاره شناسان پرتو گاما را به خود جلب کرده است. این ابر که G106.3 2.7 نام دارد، یک ابر دنباله دار شکل است که در فاصله 2600 سال نوری از ما در صورت فلکی قیفاووس قرار دارد. یک تپ اختر درخشان انتهای شمالی باقیمانده ابرنواختر را می پوشاند و ستاره شناسان معتقدند هر دو جرم در یک انفجار تشکیل شده اند.

تلسکوپ بزرگ فرمی، ابزار اصلی آن، پرتوهای گامای میلیارد الکترون ولتی (GeV) را از دم کشیده باقیمانده کشف کرد. (برای مقایسه، انرژی نور مرئی بین 2 تا 3 الکترون ولت اندازه گیری می شود.) سیستم تلسکوپ تابشی بسیار انرژی (VERITAS) در رصدخانه فرد لارنس ویپل در جنوب آریزونا، پرتوهای گامای با انرژی بالاتری را از همان منطقه ثبت کرد. و هم رصدخانه پرتو گامای چرنکوف در مکزیک و هم آزمایش AS-Gamma تبت در چین فوتون هایی با انرژی 100 تریلیون الکترون ولت (TeV) را از منطقه ای که توسط فرمی و VERITAS بررسی شده است، شناسایی کرده اند.

Henrike Fleischhack از دانشگاه کاتولیک آمریکا در واشنگتن و ناسا توضیح داد: “این جسم برای مدتی منبع جالب توجهی بوده است، اما برای اینکه بتوانیم آن را به عنوان PeVatron معرفی کنیم، باید ثابت کنیم که پروتون ها را شتاب می دهد.” مرکز پرواز فضایی گدارد در گرین‌بلت، مریلند. نکته مهم این است که الکترون‌هایی که تا چند صد TeV شتاب می‌گیرند می‌توانند همان گسیل را ایجاد کنند. اکنون، با استفاده از داده‌های 12 ساله فرمی، فکر می‌کنیم که به این نتیجه رسیده‌ایم که G106.3 2.7 واقعاً یک PeVatron است.

مقاله ای که این یافته ها را توصیف می کند، به رهبری Fang، در 10 اوت در مجله Physical Review Letters منتشر شد.

تپ اختر، J2229 6114، پرتوهای گامای خود را در یک فانوس دریایی مانند در حین چرخش ساطع می کند و این درخشش تا انرژی های چند گیگا ولت بر منطقه مسلط است. بیشتر این انتشار در نیمه اول چرخش تپ اختر رخ می دهد. تیم به طور موثری تپ اختر را با تجزیه و تحلیل تنها پرتوهای گاما که از قسمت آخر چرخه می رسد خاموش کردند. زیر 10 گیگا ولت انتشار قابل توجهی از دم باقیمانده وجود ندارد.

بیش از این انرژی تداخل تپ اختر ناچیز است و منبع اضافی به آسانی آشکار می شود. تجزیه و تحلیل دقیق این تیم به طور قاطع پروتون‌های PeV را به عنوان ذرات محرک این انتشار پرتو گاما نشان می‌دهد.

فانگ خاطرنشان می‌کند: «در حال حاضر، G106.3 2.7 منحصربه‌فرد است، اما ممکن است روشن‌ترین عضو جمعیت جدیدی از بقایای ابرنواختر باشد که پرتوهای گاما را منتشر می‌کنند و به انرژی‌های TeV می‌رسند». “ممکن است با مشاهدات آتی از فرمی و رصدخانه های پرانرژی پرتو گامای بیشتری از این موارد آشکار شود.”