بازسازی انفجار پرتوهای گاما برای نخستین بار در محیط آزمایشگاه

بهمن, ۱۳۹۶ بدون نظر علم و دانش

بازسازی انفجار پرتوهای گاما برای نخستین بار در محیط آزمایشگاه

دانشمندان برای نخستین بار موفق به بازسازی شلیک ریز یک پرتوی گاما در محیط آزمایشگاه شده‌اند.

شلیکهای پرتو گاما یا شلیکهای شدید نوری، درخشان‌ترین رویداد نجومی قابل‌ مشاهده‌ی جهان محسوب می‌شوند. این موج‌های پرانرژی پرتوهای گاما در زمانی کم‌تر از چند ثانیه یا دقیقه منتشر می‌شوند. برخی از شلیکهای پرتوهای گاما بسیار درخشان هستند، به‌طوری که می‌توان آن‌ها را با چشم غیرمسلح دید؛ مانند شلیک مشهور GRB 080319B که سال ۲۰۰۸ توسط ماموریت کاوشگر سویفت ناسا (Swift GRB Explorer) کشف شد.

اما با وجود قدرتمند بودن این پدیده‌ی نجومی، دانشمندان هنوز دلیل شلیک پرتوهای گاما را نمی‌دانند. در این بین حتی برخی بر این عقیده‌اند که این شلیکها در واقع پیام‌هایی هستند که توسط تمدن‌های فوق پیشرفته‌ی فرازمینی ارسال می‌شوند. اکنون دانشمندان توانسته‌اند برای نخستین بار، یک نسخه‌ی کوچک از شلیک (شلیک‌های پی‌درپی‌) پرتو گاما را در محیط آزمایشگاه بازسازی کنند.

یکی از فرضیات در مورد منبع شلیک پرتوهای گاما این است که آن‌ها در واقع در اثر انتشار انرژی اجرام کیهانی عظیم و پرانرژی همچون سیاهچاله‌ها ایجاد می‌شوند. از این جهت که خود سیاهچاله‌ها هم از موضوعات اسرار آمیز ستاره‌شناسی محسوب می شوند، پژوهش در مورد شلیک پرتوهای گاما هم موضوع بسیار جالب توجهی است.

پرتوهایی که توسط سیاهچاله‌ها منتشر می‌شوند، بیشتر شامل الکترون‌ها و پادماده حاوی ذرات پوزیترون هستند. همه‌ی این ذرات دارای همتایان پادماده‌ای دقیقا مشابه خودشان هستند، اما با باری متضاد. این پرتوها میدان مغناطیسی قوی دارند و چرخش ذرات در اطراف میدان‌های مغناطیسی منجر به شلیک پرتو گاما می‌شود. البته این تنها یکی از فرضیاتی است که مطرح شده است.

دانشمندان هنوز دقیقا نمی‌دانند که میدان‌های مغناطیسی چگونه پدید می‌آیند. متاسفانه در پژوهش شلیکهای پرتوی گاما مشکلاتی وجود دارد. پرتوهای گاما نه‌تنها در زمانی بسیار کوتاه رخ می‌دهند؛ بلکه در فواصلی بسیار دور و در کهکشان‌های دوردست به وقوع می‌پیوندند، کهکشان‌هایی که حتی میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند. برای درک بهتر می‌توانید عددی با ۲۵ صفر را تصور کنید؛ فاصله‌ی میلیارد سال نوری از ما در واحد متر چنین عددی است. به این جهت، دانشمندان در واقع در حال پژوهش پیرامون پدیده‌ی نجومی هستند که به‌طرز غیر قابل‌ باوری در نواحی دورست و به‌صورت تصادفی رخ می‌دهد و تنها چند ثانیه طول می‌کشد.

اشعه گاما

قدرتمندترین لیزر جهان

دانشمندان اخیرا پیشنهاد داده‌اند که بهترین روش برای کشف رازهای شلیک پرتو گاما، بازسازی این شلیکها در محیط آزمایشگاهی است. در حقیقت دانشمندان در این مورد، می‌توانند منبع کوچکی از پرتوهای الکترون و پوزیترون را بازسازی و نحوه‌ی رفتار آنها را مشاهده کنند.  به‌تازگی گروهی بین‌المللی با استفاده از یکی از قوی‌ترین لیزرهای جهان، موفق شده‌اند که این پدیده را برای نخستین بار بازسازی کنند. این پژوهشگران از لیزر جمینی (Gemini) در آزمایشگاه رادرفورد اپلتون در انگلستان بهره بردند.

لیزر جمینی که از آن به‌عنوان قوی‌ترین لیزر جهان نام برده می‌شود، انرژی بسیار بالایی از خود منتشر می‌کند. از این جهت، بهترین ابزار برای انتشار پرتوهای گاما و بررسی نحوه ی رفتار آن‌هاست. پژوهشگران در این آزمایش موفق شدند که برخی عوامل کلیدی (از جمله نحوه‌ی ایجاد میدان‌های مغناطیسی) را که در پدید آمدن شلیکهای پرتو گاما نقش اصلی را ایفا می‌کنند، بررسی کردند. پژوهشگران با این آزمایش توانستند برخی از فرضیات خود در مورد نحوه‌ی عملکرد میدان مغناطیسی و قدرت آن‌ها را تایید کنند. در واقع آن‌ها دریافتند که مدل‌های شبیه‌سازی‌اتشده‌ای که برای درک شلیکهای پرتو گاما مورد استفاده قرار می‌گیرند، درست هستند. مورد دیگر این که، این آزمایش نه تنها برای بررسی شلیک پرتوهای گاما اهمیت دارد، از سویی هم باید در نظر داشت ماده‌ای که تنها از الکترون‌ها و پوزیترون‌ها ساخته شده باشد، یک ماده‌ی فوق‌العاده منحصربه‌فرد است.

پادماده

ذرات طبیعی در زمین عمدتا از اتم ساخته شده‌اند، ذراتی که دارای یک هسته‌ی مثبت سنگین‌اند که از ابرهای نور و الکترون‌های منفی احاطه شده‌اند. با توجه به تفاوت باورنکردنی وزن بین این دو مولکول (سبک‌ترین هسته‌ دارای وزنی معادل ۱۸۳۶ برابر یک الکترون است)، تقریبا تمام پدیده‌هایی که ما در زندگی روزمره تجربه می‌کنیم، از پویایی الکترون‌ها نشات می‌گیرد که در پاسخ به ورودی‌های خارجی (همچون نور، ذرات دیگر، میدان مغناطیسی) بسیار سریع‌تر واکنش نشان می‌دهند.

اما در یک پرتو الکترونی-پوزیترونی، هر دو ذره دقیقا دارای جرمی همسان هستند، از این جهت، واکنش متفاوت این دو به‌کلی می‌تواند به نتایج جالب توجهی بینجامد. به‌عنوان مثال، در دنیای الکترونی-پوزیترونی صدا وجود ندارد. اما چرا دانشمندان به رویدادهایی که در فواصلی بسیار دوردست رخ می‌دهند، اینچنین اهمیت می‌دهند؟ در این مورد دلایل مختلفی مطرح است. به‌عقیده‌ی دانشمندان درک چگونگی ایجاد شلیک پرتوهای گاما به آن‌ها امکان درک بیشتر سیاهچاله‌ها و در نتیجه چگونگی پدید آمدن جهان  را می‌دهد. البته در این بین، برخی از پژوهشگران هنوز هم به دنبال یافتن پیام‌های نهفته تمدن‌های فرازمینی در این ذرات پرانرژی هستند.

موسسه‌‌ی جستجو هوش فرازمینی (SETI) که سال‌هاست در این مورد تلاش می کند، با ثبت سیگنال‌های الکترومغناطیسی منتشر شده در فضا به دنبال یافتن این پیام‌ها هستند. البته واضح است که آنها با بهره بردن از آشکارسازها می‌توانند سیگنال‌های مختلفی را از فضا دریافت کنند. اما مسئله زمانی دشوار می‌شود که بخواهیم سیگنال‌های مربوط به تمدن‌های پیشرفته‌ی فضایی را از سیگنال‌های طبیعی جدا کنیم، که در این صورت باید قاعدتا به خوبی با سگینال‌های طبیعی هم آشنا باشیم. مشخصا چنین پژوهشی برای یافتن تمدن‌های پیشرفته کاربرد نخواهد داشت، اما اگر روزی چنین سیگنال‌هایی کشف شود، با درک بهتر پدیده های طبیعی پژوهشگران می‌توانند به خوبی سیگنال‌های مربوط به تمدن‌های هوشمند را جداسازی کنند!

منبع sciencealert