اعترف الفيزيائيون بالطبيعة الفائقة الثقل لجسيم كوني غامض

الأشعة الكونية فائقة الطاقة هي جسيمات أولية ونواة ذرية تتحرك من المجرات الأخرى بسرعة الضوء تقريبًا وتصل أحيانًا إلى الأرض. وقد تمت دراستها لعقود من الزمن، ولكن أصلها لا يزال مجهولا. المشكلة هي أن المساحة بين المجرات مليئة بالإشعاع المتبقي – وهو نوع من “صدى” الانفجار الكبير. عندما تصطدم الأشعة الكونية بهذه الفوتونات، فإنها تفقد الطاقة تدريجيًا، ولهذا السبب يجب أن تأتي أقوى الجسيمات فقط من مناطق قريبة نسبيًا من الكون. وفي عام 2023، اكتشف العلماء من تجربة مصفوفة التلسكوب جسيم أماتيراسو بطاقة تبلغ حوالي 244 إكس إلكترون فولت. هذا لدرجة أن تسجيل مثل هذا الحدث يعد نجاحًا كبيرًا. سُميت أماتيراسو على اسم آلهة الشمس اليابانية، وقد طارت إلينا في مايو 2021 من منطقة شبه فارغة: لم تكن هناك أجسام قريبة قادرة على تسريعها إلى مثل هذه الطاقات. وهذا ما حير علماء الفيزياء الفلكية. اقترح مؤلفو دراسة جديدة نشرت في مجلة Physical Review Letters تفسيرا غير عادي لأصل هذا الجسيم. في رأيهم، لا يمكن أن تكون أماتيراسو بروتونًا أو نواة حديدية، كما يُفترض عادةً بالنسبة للأشعة الكونية ذات الطاقة العالية جدًا، ولكنها نواة عنصر فائق الثقل، مثل البلاتين.

تحتوي نوى هذه العناصر (أثقل من الحديد) على أكثر من مائة بروتون ونيوترون وتتشكل نتيجة للأحداث الأكثر تطرفًا في الكون، على سبيل المثال، تصادمات النجوم النيوترونية، عندما يتم ضغط المادة إلى كثافة لا تصدق وتنشأ الظروف لتخليق العناصر الثقيلة. ولاختبار كيفية تصرف هذه النوى أثناء انتقالها عبر الفضاء بين المجرات، أنشأ الفيزيائيون نموذجًا حاسوبيًا متقدمًا يأخذ في الاعتبار آلاف الأنواع من النوى الذرية الثقيلة وتفاعلاتها مع إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. ونتيجة لذلك، قام الباحثون بحساب كيف تفقد هذه النوى الطاقة وتتحلل وتغير تركيبها في طريقها إلى الأرض. وكانت النتيجة غير متوقعة. لقد اتضح أن النوى فائقة الثقل يمكنها الاحتفاظ بطاقة عالية لفترة أطول من البروتونات أو النوى الأخف. وهذا يعني أنهم قادرون على السفر لمسافات أكبر بكثير في الفضاء قبل أن يتم “إبطائهم” بسبب الاصطدام بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي. وبعبارة أخرى، كان من الممكن بالفعل أن تطير أماتيراسو من مصدر بعيد جدًا، وهو الأمر الذي لم يتم النظر فيه بجدية من قبل.

كما قارن العلماء حساباتهم مع بيانات من أكبر المرافق لدراسة الأشعة الكونية – مرصد بيير أوجيه ومصفوفة التلسكوب. اتضح أن وجود عدد صغير من النوى فائقة الثقل يساعد على تفسير الأحداث الأكثر ندرة والأكثر نشاطًا بشكل أفضل. تتناسب هذه الفرضية بشكل جيد مع ملاحظات مصفوفة التلسكوب، حيث تم اكتشاف أماتراسو. إذا تم تأكيد استنتاجات العلماء، فإن ذلك سيغير الأفكار حول طبيعة الأشعة الكونية فائقة الطاقة، لأنه سيعني أنه ليس فقط جزيئات الضوء، ولكن أيضًا نوى العناصر الثقيلة جدًا يمكن تسريعها لتسجيل الطاقات في الكون. وبالتالي، فإن مفتاح فتح أصل Amaterasu قد يكمن في أقوى الكوارث الكونية – تصادمات النجوم النيوترونية وانفجارات النجوم الضخمة، حيث تولد العناصر الثقيلة وموجات الجاذبية وربما الجزيئات الأكثر نشاطًا في الطبيعة في وقت واحد.