سر العناصر الثقيلة في الأشعة الكونية المجرية

الكشف عن آلية لتسريع الأيونات الثقيلة
مصدر:
معهد الجنوب الغربي للبحوث
ملخص:
استخدم العلماء بيانات من مهمة Magnetospheric Multiscale (MMS) بقيادة معهد الأبحاث الجنوبي الغربي لشرح وجود عناصر ثقيلة نشطة في الأشعة الكونية المجرية (GCRs). تتكون GCRs من جسيمات نشطة سريعة الحركة ، معظمها من أيونات الهيدروجين تسمى البروتونات ، وهي أخف العناصر وأكثرها وفرة في الكون. ناقش العلماء منذ فترة طويلة كيفية تسريع تتبع كميات الأيونات الثقيلة في GCRs.
يشارك:

قصه كامله
استخدم العلماء بيانات من مهمة Magnetospheric Multiscale (MMS) بقيادة معهد الأبحاث الجنوبي الغربي لشرح وجود عناصر ثقيلة نشطة في الأشعة الكونية المجرية (GCRs). تتكون GCRs من جسيمات نشطة سريعة الحركة ، معظمها من أيونات الهيدروجين تسمى البروتونات ، وهي أخف العناصر وأكثرها وفرة في الكون. ناقش العلماء منذ فترة طويلة كيفية تسريع تتبع كميات الأيونات الثقيلة في GCRs.

يتسبب انفجار المستعر الأعظم لنجم محتضر في إحداث موجات صدمية هائلة تنتشر عبر الفضاء المحيط ، مما يسرع الأيونات في طريقها إلى طاقات عالية جدًا ، مما يؤدي إلى ظهور GCRs. تعتبر كيفية تنشيط وتسريع الأيونات الثقيلة أمرًا مهمًا لأنها تؤثر على إعادة توزيع الكتلة في جميع أنحاء الكون وهي ضرورية لتكوين عناصر أثقل وأكثر تعقيدًا كيميائيًا. كما أنها تؤثر على كيفية إدراكنا للهياكل الفيزيائية الفلكية.

“يُعتقد أن الأيونات الثقيلة غير حساسة لموجات الصدمة القادمة لأنها أقل وفرة ، وتستهلك طاقة الصدمة بشكل كبير بسبب كثرة البروتونات. تخيل الوقوف على الشاطئ بينما تحرك الأمواج الرمال تحت قدميك ، بينما تظل في مكانك قال الدكتور هادي مدانيان من SwRI ، المؤلف الرئيسي للورقة حول هذا البحث المنشور في مجلة Astrophysical Journal Letters. “ومع ذلك ، فإن هذه النظرة الكلاسيكية لكيفية تصرف الأيونات الثقيلة في ظل ظروف الصدمة ليست دائمًا ما رأيناه في أرصاد MMS عالية الدقة لبيئة الفضاء القريبة من الأرض.”

تحدث ظاهرة الصدمة أيضًا في البيئة القريبة من الأرض. يتم نقل المجال المغناطيسي للشمس عبر الفضاء بين الكواكب بواسطة تدفق الرياح الشمسية الأسرع من الصوت ، والذي يتم إعاقته وتحويله بواسطة الغلاف المغناطيسي للأرض ، وهو فقاعة حماية حول كوكبنا. تسمى منطقة التفاعل هذه بصدمة القوس نظرًا لشكلها المنحني ، الذي يمكن مقارنته بموجات القوس التي تحدث عندما ينتقل القارب عبر الماء. تتشكل صدمة قوس الأرض على نطاق أصغر بكثير من صدمات المستعر الأعظم. ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، تشبه ظروف هذه الصدمة الصغيرة تلك الخاصة ببقايا المستعر الأعظم. استخدم الفريق قياسات عالية الدقة في الموقع من المركبة الفضائية MMS عند صدمة القوس لدراسة كيفية تسريع الأيونات الثقيلة.

قال مادانيان: “لقد لاحظنا تضخيمًا شديدًا للمجال المغناطيسي بالقرب من صدمة القوس ، وهي خاصية معروفة مرتبطة بالصدمات القوية مثل بقايا المستعر الأعظم. ثم قمنا بتحليل كيفية تصرف الأنواع الأيونية المختلفة عندما واجهت صدمة القوس”. “وجدنا أن هذه الحقول المحسنة تعدل بشكل كبير مسار الأيونات الثقيلة ، وتعيد توجيهها إلى منطقة تسارع الصدمة.”

في حين لم يكن من المتوقع حدوث هذا السلوك للأيونات الثقيلة ، حدد الفريق دليلًا مباشرًا لهذه العملية في جسيمات ألفا ، أيونات الهيليوم التي تزيد كتلتها عن أربعة أضعاف البروتونات ولديها ضعف الشحنة.

قال ديفيد بورغيس: “لقد أعطانا الدقة الرائعة لأرصاد MMS صورة أوضح بكثير عن كيفية قيام موجة الصدمة بتنشيط العناصر الثقيلة. وسنكون قادرين على استخدام هذا الفهم الجديد لتحسين نماذج الكمبيوتر لدينا لتسريع الأشعة الكونية عند الصدمات الفيزيائية الفلكية” أستاذ الرياضيات وعلم الفلك في جامعة كوين ماري بلندن ومؤلف مشارك للورقة. “النتائج الجديدة لها آثار كبيرة على تكوين الأشعة الكونية وأطياف الإشعاع المرصودة من الهياكل الفيزيائية الفلكية.”