آن ذرات عجيب که از اعماق فضا بر سياره‌ي ما مي‌بارند چيستند؟
فيزيکدانان در طول قرن با سؤالهاي زيادي دست و پنجه نرم کرده‌اند، ولي ظرف چندماه به جواب رسيده‌اند و پيشرفت‌هاي زيادي در جواب‌هاي معني دار در فيزيک داشته‌اند. زمان زيادي طول کشيده چون پژوهشگران بر بسياري موانع در اين مسير فائق آمدند. حتي نام چيزي که مورد بررسي قرار مي‌دهند، هم گيج کننده شده است. اين ذرات عموماً پرتوهاي کيهاني ناميده مي‌شوند، اصلاً پرتو نيستند، بلکه اجزاي اتم‌ها هستند که با سرعت‌هاي بسيار بالا حرکت مي‌کنند.
و اين اجزاي واقعاً براي پژوهش چالش برانگيز هستند، چون پرتوهاي کيهاني در خط مستقيم حرکت نمي‌کنند. آنها بار الکتريکي دارند، پس ميدان‌هاي مغناطيسي آنها را از مسير منحرف کرده و تقريباً در فضا مي‌خزند. زماني که به زمين مي‌رسند، مسيرشان ممکن است هيچ ربطي به نقطه آغاز شروع حرکتشان نداشته باشد. با نگاهي به اين پرتوها، گويي تلسکوپ را به يک سري آينه در منزل نشانه رفته باشيم.
 |
ولي پرتوهاي کيهاني موجودات عجيبي هستند، چون حافظه‌ي مستقيم آن چيزي هستند که در وحشي‌ترين، پُرانرژي‌ترين، متناقض‌ترين بخش‌هاي عالم رخ داده است. بوسيله‌ي ستاره‌هاي پُرجرم، انفجارهاي ابرنواخترها، تپ‌اخترها، و سياه‌چاله‌ها به بيرون پرتاب شده‌اند. همه‌ي اينها باعث شد تا تعدادي از پژوهشگران اين کار را پس از بالوني ادامه دهند که ويکتور هِس (Victor Hess) به سال ۱۹۱۲ به جو زمين فرستاد و منجر به کشف تابشي اسرارآميز از همه جهت‌ها به سوي زمين شد. |
| پيشرفت‌هايي با آزمايش Super-TIGER صورت گرفته که به استراتوسفر بالاي قطب جنوب فرستاده شده و ظرف ۵۵ روز قطب جنوب را در دسامبر و ژانويه دور مي‌زند. اين پروژه از ارتفاع ۲۵ مايلي سطح زمين، با حمل ۳۹ ميليون فوت مکعب هليم رصد خود را انجام مي‌دهد. آشکارسازهاي آن به طور خاص پرتوهاي کيهاني سنگين را اسکن مي‌کنند (اتم‌هايي سنگين‌تر از روي-Zinc که از ستارگان معروف به Wolf-Rayet نشأت گرفته‌اند). نتايج آخرين داده‌‌ها همچنان در حال بررسي هستند. ولي داده‌هاي TIGER، يعني آزمايش کوچک‌تر از اين رصدخانه مداري، کاملاً روشن کرد که ستارگان Wolf-Rayet خيلي به منشأ پرتوهاي کيهاني پيوند خورده‌اند. |
 |
روبرت بينز از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئيس، مي‌گويد:«فاز Wolf-Rayet فاز تحول زندگي ستارگان پُرجرم است وقتي بادهاي سريعي در آنها اتفاق مي‌افتد، و مقادير عظيمي ماده در زمان کوتاهي به بيرون پرتاب مي‌کنند. عمر چنين فازي حدود ۱۰۰ هزار سال است. پس در آخر اين فاز، هسته‌ي ستاره‌ي پُرجرم منهدم شده و به ابرنواختر تبديل شده و يا به سياه چاله تبديل مي‌شود. ما فکر مي‌کنيم که شتابدهنده‌ي اوليه‌ي پرتوهاي کيهاني
ميدان‌هاي مغناطيسي در موج ضربه‌هاي اين ابرنواخترهاست. و منبع مواد، تاحدودي طوفان ماده‌ايست که قبل از انفجار به بيرون پرتاب شده است. يعني موقعي که ستاره در حال انبساط است، و همينطور ماده ميان ستاره‌اي و گاز و غبار محلي.»
اگر نظر بينز درست باشد، ذرات اتمي که او مورد بررسي قرار مي‌دهد، همان‌هايي هستند که ابرنواخترها آنها را دچار پيچش کرده‌اند (ميلياردها برابر روشن‌تر از خورشيد که پس از آن صدها ميليون سال نوري مسافرت کردند تا به آشکارسازهاي Super-TIGER برخورد کنند.). دو مورد آخر اين ديدگاه را تقويت مي‌کنند. داده‌هاي ديکر از رصدخانه فرمي مي‌آيد. برخلاف Super-TIGER، فرمي نتوانست پرتوهاي کيهاني را مستقيماً آشکارسازي کند.
ولي پرتوهاي گاما را درست مثل نور مرئي، ميليون‌ها ميليارد برابر پُرانرژي‌تر دريافت کرد. اين پرتوها را واکنش‌هاي زنجيره‌اي توليد کردند که پرتوهاي کيهاني بصورت کاتوره‌اي به اتم‌هاي هيدروژن محيطي برخورد مي‌کنند که در فضا معلق هستند. نتايج تابش پرتو گاما شبيه مسيرياب نقطه‌اي مکان‌هايي که اتم‌ها انرژي‌زايي مي‌کنند، عمل مي‌کند. اگر روش ديگر را به کار گيريم، فرمي اين امکان را فراهم مي‌کند که آن آينه‌ها را دور بريزيم و ببينم پرتوهاي کيهاني از کجا زاده شده‌اند.
تيم بزرگي از مؤسسه Kavli در دانشگاه استنفورد، به سرپرستي استفان فانک از تلسکوپ فرمي براي مسيريابي منشأ پرتوهاي کيهاني در زمينه‌ي پشتي دو سحابي غيرمعمول به نام‌هاي عروس دريايي (IC443) و W44 استفاده کردند. هردو قبلاً به عنوان بقاياي انفجارهاي ابرنواختري شناخته شده بودند؛ هر دو ستاره‌هاي پُرجرمي مانند گذار فاز به Wolf-rayet داشتند. با پيدا شدن ردپاي پرتوهاي کيهاني در اين مکان‌ها به اين نتيجه مي‌شود رسيد که در واقع در طول پهنه‌ي کهکشان اتم‌ها در حال اينطرف و آنطرف رفتن هستند. فانک، نمي‌تواند در مقابل اين کشف که «تفنگ دودي» نام گرفته، مقاومت کرده و براي موفقيت آشکارساز مزبور اشک شوق نريزد.
SN 1006
اگر داده‌هاي فرمي تفنگ دودي باشد، پس کانديداي ديگر، تکه‌ي ديگري از پژوهشي است که اثر انگشتهاي اين پديده است. اخترشناس صربي اسلاژانا نيکوليچ، دانشجوي دکتراي مؤسسه‌ي ماکس پلانک در هايدلبرگ، آلمان، و همکارانش سرنخ ديگري را در جايي که پرتوهاي کيهاني انرژي مي‌گيرند دارد. آنها با استفاده از آرايه بسيار بزرگ در شيلي، که يکي از بزرگترين و جالب‌ترين ابزارهاي رصدي، برخلاف نام نه چندان جالبش است، ابرنواختر ديگري را بنام SN 1006 زير نظر گرفتند. اين اخترشناس، در لبه‌ي بيروني ابرگازي به سرعت در حال انبساط که شوک ممکن است وارد شده باشد، هسته‌هاي هيدروژن پُرانرژي را آشکارسازي کرد. آنها مطمئناً پيش ماده‌اي از جنس پرتوهاي کيهاني هستند که آزمايش Super-TIGER و ديگر آزمايش‌ها بعد از رسيدن اين پرتوها از ميليون‌ها سال قبل آشکارسازي کرده‌اند.
فرايند بسيار آرامي براي درک پرتوهاي کيهاني تا اين سطح طي شده، ولي مفاهيم عميقي در خود دارند. قبل از اينکه من (نويسنده مقاله) به آسمان شب نگاه کنم و آن را جرمي محو را مي‌دانستم و با تلسکوپم دنبال مي‌کردم. ستارگان زندگي من را تغيير دادند، هم در فضا هم زمان. حالا مي‌فهمم که اشتباه مي‌کردم. عناصر ستاره‌هاي دوردست، دائماً جو زمين را تحت تأثير خود قرار مي‌دهند. با هوا ترکيب مي‌شوند. دائما آنها را تنفس مي‌کنم و شما هم. اتم‌هاي ديگر، در نسل‌هاي اوليه ستاره متولد شده و در فضا سفر خود را آغاز کردند. آنها با ابر گازي که ۵ ميليون سال قبل، ترکيب شدند و خورشيد و زمين و سيارات ديگر را بوجود آوردند. همانطور که کارل ساگان در سري فيلم‌هاي مستند به يادماندني خود مي‌گويد:«نيتروژن در DNA ما، کلسيم در دندان ما، آهن در خون ما، کربن در پاي سيب، از ستاره‌هاي منهدم شده، درست شده‌اند. ما ريشه‌اي ستاره‌اي داريم.» پرتوها کيهاني به نظر رمزآلود مي‌رسند، ولي هرکدام يادآور آنچه ما هستيم و جايي که زندگي مي‌کنيم هستند.
Corey S. Powell