مرصد في التبت يلتقط 100 تيرا إلكترون فولت من أشعة جاما من نجم جيمينجا النابض ويرسم خريطة للأشعة الكونية

سجلت ملاحظة فلكية حديثة وجود أشعة جاما عالية الطاقة جدًا تنبعث من المنطقة المجاورة لنجم جيمينجا النابض. ووصل القياس إلى علامة 100 تريليون إلكترون فولت، وهو ما يمثل أعلى نطاق طاقة تم توثيقه على الإطلاق لهذا النوع المحدد من الظواهر السماوية.

يقع هدف الدراسة على بعد حوالي 800 سنة ضوئية من الأرض، ويقع في كوكبة الجوزاء. تم الاعتراف تاريخيًا بهذا النجم النيوتروني من قبل المجتمع العلمي باعتباره ثاني ألمع مصدر لإشعاع غاما المرئي في سماء الليل بأكملها.

توفر البيانات المجمعة نافذة مباشرة على عمليات تسريع الجسيمات القصوى التي تحدث في الفضاء السحيق. يوفر رسم خرائط هذه الانبعاثات إجابات أساسية حول أصل وتكوين وسلوك الأشعة الكونية التي تنتقل عبر الكون.

ديناميات المراقبة في البنية التحتية في التبت

أصبح التقاط هذه الإشارات عالية الطاقة ممكنًا بفضل البنية التحتية لتجربة AS-gamma، وهي منشأة علمية دولية تقع على ارتفاع 4300 متر في منطقة التبت ذاتية الحكم. يدير المجمع شبكة واسعة من أجهزة الكشف السطحية جنبًا إلى جنب مع أجهزة استشعار ميونات المياه تحت الأرض من Cherenkov المصممة لالتقاط وابل الغلاف الجوي من الجسيمات الثانوية المتولدة عندما يصل الإشعاع الكوني إلى الغلاف الجوي للأرض.

ومن خلال تحليل زاوية وتوزيع وطاقة هذه الجسيمات الثانوية، يتمكن الباحثون من إعادة بناء المسار والقوة الأصلية لأشعة جاما بدقة قبل دخولها بيئة الأرض. يقلل الارتفاع العالي للتركيب من فقدان المعلومات أثناء شلال الغلاف الجوي، بينما تقوم أجهزة الاستشعار الموجودة تحت الأرض بتصفية تداخل الخلفية، مما يسمح بقراءة واضحة للإشارات الصادرة من كوكبة الجوزاء.

سلوك الجسيمات والمجالات المغناطيسية

الأشعة الكونية هي في الأساس جسيمات مشحونة عالية الطاقة تقصف بيئة الأرض باستمرار. يبقى أصلها الدقيق أحد أكبر الأسئلة في الفيزياء الفلكية الحديثة بسبب الطبيعة الفيزيائية لحركتها عبر الكون.

ونظرًا لامتلاكها شحنة كهربائية، تتفاعل هذه الجسيمات بشكل مباشر مع المجالات المغناطيسية بين النجوم المنتشرة في جميع أنحاء المجرة. يؤدي هذا التفاعل إلى تحويل مساراتها باستمرار، مما يخلق مسارًا فوضويًا يجعل من المستحيل تتبعها في خط مستقيم للعودة إلى مصدر توليدها.

وللتغلب على هذا القيد التقني، تظهر مراقبة أشعة جاما باعتبارها البديل المنهجي الأكثر فعالية. على عكس الجسيمات المشحونة، يتكون إشعاع جاما من الفوتونات، التي ليس لها شحنة كهربائية وتنتقل في خط مستقيم تمامًا عبر الفضاء.

تعمل هذه الفوتونات كمراسلين مباشرين، حيث تشير بالضبط إلى الموقع الذي حدثت فيه أحداث التسارع القصوى. يتم توليدها عندما تصطدم إلكترونات نشطة للغاية مع الفوتونات المحيطة منخفضة الطاقة، وتنقل كميات هائلة من القوة في عملية تعرف باسم تشتت كومبتون العكسي.

تشكيل الهالة المشعة النجمية

جيمينجا هو نجم نابض قديم يقدر عمره بـ 300 ألف سنة، ويتميز بدورانه السريع وانبعاثه المكثف لحزم الإشعاع. حول هذا المركز النجمي الكثيف، تشكل البلازما المطرودة رياحًا عنيفة تصطدم باستمرار ببقايا المستعر الأعظم الأصلي.

Leia Tambem

اختبار البطارية الجديد يضع هاتف Galaxy S26 Ultra في المقدمة على iPhone 17 Pro Max في التصنيف العالمي

تكشف الأبحاث أن الآباء لا يدركون كيفية استخدام أطفالهم للذكاء الاصطناعي

خصم كبير على هاتف Galaxy S25 Plus يخفض قيمته إلى أقل من 4500 ريال في المتجر الإلكتروني

يعمل هذا الاصطدام المستمر كمسرّع جسيمات طبيعي ضخم، حيث يدفع الإلكترونات والبوزيترونات إلى سرعات قصوى. نتيجة هذا التفاعل هي تكوين سديم رياح النجم النابض، والذي يتجلى بصريًا على شكل هالة واسعة على شكل حلقة من أشعة جاما تحيط بالنجم الميت.

حدود الطاقة وتسارع الفضاء

كشفت الخرائط الحديثة لهذه الهالة أن شدة أشعة جاما تنخفض بشكل كبير عندما تتجاوز الطاقة حاجز 100 تيرا إلكترون فولت. يحدد هذا القياس المحدد الحد الحرج لتسارع الإلكترون داخل سديم جيمينجا، مما يوفر معلمة رياضية دقيقة للنماذج الفيزيائية.

يعد تعريف سقف الطاقة هذا علامة فارقة لفهم كيفية إدارة الأجرام السماوية المختلفة لقواها الداخلية. إن مقارنة هذه الأرقام بمصادر أخرى، مثل سديم السرطان، الذي يصل إلى مقياس بيتا إلكترون فولت، يوضح أن العمر والبيئة المحيطة تحدد بشكل مباشر القدرة المتسارعة للنجم النابض.

احتباس الإلكترون ومعامل الانتشار

هناك جانب آخر تم تفصيله بواسطة القياسات، وهو معامل الانتشار في المنطقة القريبة مباشرة من النجم. يحدد هذا المؤشر السرعة والسهولة التي يمكن بها لجسيمات الأشعة الكونية الهروب من الاضطراب المغناطيسي المحلي والانتشار في جميع أنحاء الفضاء المفتوح.

أشارت البيانات إلى أن معدل الانتشار حول جيمينجا يعادل جزءًا من مائة فقط من القيمة القياسية الملاحظة في بقية الوسط البينجمي. يشير هذا الرقم المنخفض للغاية إلى قمع شديد في حركة الجسيمات داخل تلك المنطقة المحددة.

من الناحية العملية، هذا يعني أن الإلكترونات والبوزيترونات الناتجة عن النجم النابض محاصرة في الغالب في محيطه. يعمل الهيكل المغناطيسي المحلي كحاجز احتواء، مما يمنع الانتشار السريع لهذه المادة عالية النشاط إلى بقية المجرة.

حل البوزيترونات الزائدة في الفيزياء الفلكية

إن اكتشاف هذه القدرة المكثفة على الاحتفاظ بالجسيمات يوفر القطعة المفقودة لحل التناقض طويل الأمد في الملاحظات الفلكية فيما يتعلق بكمية المادة المضادة التي تصل إلى النظام الشمسي. لعقود من الزمن، اكتشفت الأجهزة الموجودة في مدار الأرض حجمًا من البوزيترونات عالية الطاقة أكبر بكثير مما يمكن أن تفسره النماذج النظرية القياسية لانتشار الأشعة الكونية. إن التأكيد على أن النجوم النابضة القديمة مثل جيمينجا تعمل كمصائد ضخمة تطلق هذه الجسيمات ببطء على مدى آلاف السنين يتوافق تمامًا مع النماذج الرياضية اللازمة لتبرير هذا الفائض. يؤدي الانتشار البطيء للبوزيترونات المحاصرة إلى إنشاء تدفق مستمر ومتأخر للمادة المضادة، مما يفسر بالضبط القراءات الشاذة التي التقطتها المعدات الأرضية ويربط بشكل قاطع ديناميكيات سديم رياح النجم النابض بتكوين الإشعاع الكوني الذي يغمر المنطقة الكوكبية.

رسم خرائط مستمرة للفضاء السحيق

ويضع دمج هذه البيانات معيارًا جديدًا لرصد الظواهر عالية الطاقة في محيط المجرة. وستسمح المراقبة المستمرة للمصادر المماثلة بإنشاء خريطة تفصيلية للمسرعات الطبيعية الموجودة في درب التبانة، مما يؤدي إلى تحسين فهم الفيزياء المتطرفة التي تحكم الكون.