وقتی پرتوهای سرگردان فضا راز سیاه‌چاله‌ها را فاش کردند
سیاه‌چاله‌ها و تابش‌های اسرارآمیز: معمای کیهانی ۶۰ ساله شاید بالاخره پاسخ خود را یافته باشد.
به گزارش آینه فردا به نقل از scitechdaily، جهان پر است از انواع تابش‌ها و ذراتی که می‌توان آن‌ها را از زمین شناسایی کرد. از جمله فوتون‌ها که سراسر طیف الکترومغناطیسی را در بر می‌گیرند—از امواج رادیویی ضعیف گرفته تا پرانرژی‌ترین پرتوهای گاما. نمونه‌های دیگر شامل نوترینوهای گریزان و پرتوهای کیهانی هستند که هر دو با سرعتی نزدیک به نور در فضا حرکت می‌کنند.
جالب اینکه، با وجود نامشان، «پرتوهای کیهانی» در واقع پرتو نیستند. این نام صرفاً به دلایل تاریخی باقی مانده، اما در حقیقت آن‌ها ذرات بسیار کوچکی هستند—عمدتاً هسته‌های اتمی—که در نقطه‌ای از کیهان به انرژی‌های خارق‌العاده‌ای رسیده‌اند. دانشمندان مدت‌هاست گمان می‌برند که این ذرات از محیط‌های بسیار افراطی در جهان سرچشمه می‌گیرند، از جمله سیاه‌چاله‌ها، انفجار ستارگان، یا ستارگان نوترونی چرخان (نوعی ستاره مرده).
با این حال، گاهی پرتوهای کیهانی‌ای کشف می‌شوند که انرژی‌شان بسیار بیشتر از حد معمول است. این ذرات فوق‌العاده پرانرژی از سال ۱۹۶۲ که نخستین‌بار شناسایی شدند، ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده‌اند و منشأ آن‌ها همچنان در هاله‌ای از ابهام است.
شاید سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم مقصر باشند
اکنون تیمی از دانشگاه علوم و فناوری نروژ (NTNU) ممکن است به حل این معمای دیرینه در فیزیک نزدیک‌تر شده باشد.
فوتینی اویکونومو، دانشیار گروه فیزیک NTNU، در حال بررسی این موضوع است. او و همکارانش در مقاله‌ای تازه، توضیحی کاملاً جدید و قابل‌قبول برای منشأ این تابش‌های فوق‌العاده پرانرژی ارائه کرده‌اند.
نویسنده اصلی مقاله، دومنیک اهلرت، پژوهشگر دکتری از همان گروه است. این تیم همچنین شامل انریکو پرتی، پژوهشگر پسادکتری از دانشگاه پاریس سیتی نیز می‌شود. تمرکز آن‌ها بر فیزیک ذرات کیهانی است—شاخه‌ای که رابطه میان کوچک‌ترین ذرات جهان و بزرگ‌ترین پدیده‌های کیهانی را بررسی می‌کند.
آیا سیاه‌چاله‌ها می‌توانند منشأ تابش‌های کیهانی پرانرژی باشند؟
جهان پر است از انواع تابش‌ها و ذراتی که می‌توان آن‌ها را از زمین شناسایی کرد. از جمله فوتون‌ها که سراسر طیف الکترومغناطیسی را در بر می‌گیرند—از امواج رادیویی ضعیف گرفته تا پرانرژی‌ترین پرتوهای گاما. نمونه‌های دیگر شامل نوترینوهای گریزان و پرتوهای کیهانی هستند که هر دو با سرعتی نزدیک به نور در فضا حرکت می‌کنند.
جالب اینکه، با وجود نامشان، «پرتوهای کیهانی» در واقع پرتو نیستند. این نام صرفاً به دلایل تاریخی باقی مانده، اما در حقیقت آن‌ها ذرات بسیار کوچکی هستند—عمدتاً هسته‌های اتمی—که در نقطه‌ای از کیهان به انرژی‌های خارق‌العاده‌ای رسیده‌اند. دانشمندان مدت‌هاست گمان می‌برند که این ذرات از محیط‌های بسیار افراطی در جهان سرچشمه می‌گیرند، از جمله سیاه‌چاله‌ها، انفجار ستارگان، یا ستارگان نوترونی چرخان (نوعی ستاره مرده).
با این حال، گاهی پرتوهای کیهانی‌ای کشف می‌شوند که انرژی‌شان بسیار بیشتر از حد معمول است. این ذرات فوق‌العاده پرانرژی از سال ۱۹۶۲ که نخستین‌بار شناسایی شدند، ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده‌اند و منشأ آن‌ها همچنان در هاله‌ای از ابهام است.
شاید سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم مقصر باشند
اکنون تیمی از دانشگاه علوم و فناوری نروژ (NTNU) ممکن است به حل این معمای دیرینه در فیزیک نزدیک‌تر شده باشد.
فوتینی اویکونومو، دانشیار گروه فیزیک NTNU، در حال بررسی این موضوع است. او و همکارانش در مقاله‌ای تازه، توضیحی کاملاً جدید و قابل‌قبول برای منشأ این تابش‌های فوق‌العاده پرانرژی ارائه کرده‌اند.
نویسنده اصلی مقاله، دومنیک اهلرت، پژوهشگر دکتری از همان گروه است. این تیم همچنین شامل انریکو پرتی، پژوهشگر پسادکتری از دانشگاه پاریس سیتی نیز می‌شود. تمرکز آن‌ها بر فیزیک ذرات کیهانی است—شاخه‌ای که رابطه میان کوچک‌ترین ذرات جهان و بزرگ‌ترین پدیده‌های کیهانی را بررسی می‌کند.
آیا منشأ این ذرات پرانرژی، انفجارهای پرتو گاما، کهکشان‌های ستاره‌ساز یا جریان‌های پلاسما از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم است؟
با وجود اینکه همه این فرضیه‌ها منابعی بسیار پرانرژی هستند، تیم تحقیقاتی به رهبری فوتینی اویکونومو از دانشگاه علوم و فناوری نروژ (NTNU) نظریه‌ای متفاوت را مطرح کرده‌اند.
دومنیک اهلرت، پژوهشگر دکتری و نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید:
«همه فرضیه‌های قبلی حدس‌های خوبی هستند—همگی به منابعی با انرژی بالا اشاره دارند. اما هیچ‌کس تاکنون مدرکی ارائه نکرده که نشان دهد واقعاً منشأ این ذرات همان‌ها هستند. به همین دلیل ما تصمیم گرفتیم بادهای ناشی از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را بررسی کنیم.»
اما واقعاً چه می‌دانیم؟ آیا این بادها عامل تولید ذرات پرانرژی در تابش‌های کیهانی هستند؟
اویکونومو با احتیاط پاسخ می‌دهد:
«پاسخ ما بیشتر یک “شاید” محتاطانه است.»
شاید این پاسخ چندان هیجان‌انگیز به نظر نرسد، اما در دنیای پژوهش، همین “شاید” می‌تواند جرقه‌ای از امید و هیجان باشد. با این حال، هنوز نمی‌توان با قطعیت گفت که این بادها منشأ اصلی هستند.
اویکونومو توضیح می‌دهد:
«ما دریافتیم که شرایط مرتبط با این بادها به‌خوبی با فرآیند شتاب‌گیری ذرات هم‌خوانی دارد. اما هنوز نمی‌توانیم ثابت کنیم که دقیقاً همین بادها عامل شتاب‌گیری ذراتی هستند که تابش‌های کیهانی پرانرژی را شکل می‌دهند.»
با این حال، مدلی که این پژوهشگران استفاده کرده‌اند، می‌تواند یکی از جنبه‌های ناشناخته این ذرات را توضیح دهد—در یک بازه خاص انرژی، ترکیب شیمیایی این ذرات با هیچ‌یک از مدل‌های قبلی قابل‌توضیح نیست.
اویکونومو اضافه می‌کند:
«ما می‌توانیم این مدل را با آزمایش‌های نوترینو نیز بررسی کنیم.»
البته این موضوع، خود نیازمند مقاله‌ای جداگانه است.
اویکونومو در پایان می‌گوید:
«در سال‌های آینده امیدواریم با اخترشناسان نوترینو همکاری کنیم تا فرضیه‌مان را آزمایش کنیم. شاید بتوانیم شواهد بیشتری—در تأیید یا رد آن—پیدا کنیم.»
منبع:
«پرتوهای کیهانی فوق‌العاده پرانرژی از جریان‌های فوق‌سریع هسته‌های فعال کهکشانی» نوشته دومنیک اهلرت، فوتینی اویکونومو و انریکو پرتی، منتشرشده در ۱۹ مارس ۲۰۲۵ در نشریه Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
