تم النشر اليوم 2024/06/21 | أشعة كونية فائقة الطاقة

تاريخ الرصد

كان الدكتور جون ديفيد لينسلي وليفيو سكارسي أوّل من رصد جسيمات شعاع كوني بطاقة تتجاوز 1×1020 إلكترون فولت (16 جول) ضمن تجربة فولكينو رانش في نيو مكسيكو عام 1962.

رُصدت جسيمات إشعاع كوني بطاقات أعلى حتى، ومن بينها جسيم أوه ماي غاد الذي رُصد خلال تجربة عين الذبابة في جامعة يوتا في مساء 15 أكتوبر من عام 1991 في دوغواي بروفينغ غراوند في يوتا. شكّلت هذه الأرصاد صدمة لعلماء الفيزياء الفلكية، والذين قدروا طاقة الشعاع تقريبًا بـ 3.2×1020 إلكترون فولت (50 جول)، بكلمات أخرى، نواة ذرية بسرعة حركية تساوي سرعة كرة بيسبول (وزنها خمسة أونصات أو 142 غرامًا) تسافر بسرعة 100 كيلومتر بالساعة (60 ميلًا في الساعة). تبلغ طاقة هذا الجسيم نحو 40 مليون ضعف من أعلى طاقة مُنتجة لبروتون في مسرع جزيئات على الأرض. لكن جزءًا صغيرًا فقط من هذه الطاقة متوفر للتفاعل مع البروتونات أو النيوترونات على الأرض، وتبقى غالبية الطاقة على شكل طاقة حركية لمنتجات هذا التفاعل. الطاقة الفعالة المتاحة لمثل هذا التصادم هي الجذر التربيعي لضعف الطاقة التي ينتجها الجسيم والطاقة الكلية للبروتون، والتي تُعطي فيها مثل هذه الجسيمات 7.5×1014 إلكترون فولت، تقريبًا 50 ضعف طاقة التصادم في مصادم الهدرونات الكبير.

منذ الأرصاد الأولى التي قام بها كاشف الأشعة الكونية «عين الذبابة» في جامعة يوتا، سُجّل على الأقل خمسة عشر حدثًا مشابهًا، ما يؤكد هذه الظاهرة. تعد جسيمات هذه الأشعة الكونية عالية الطاقة نادرة جدًا، لأن طاقة معظم جسيمات الأشعة الكونية تتراوح بين 10 ميغا فولت و10 غيغا فولت.

مراصد الأشعة الكونية فائقة الطاقة

إيه جي إيه إس إيه – مصفوفة وابل الأشعة الكونية العملاقة أكينو في اليابان
هوائي النبضات العابر لأنتراكتيكا (إيه إن آي تي إيه) وهو يرصد النيوترونات الكونية فائقة الطاقة التي يُعتقد أن سببها جسيمات الأشعة الكونية فائقة الطاقة.
المرصد الفضائي للكون البعيد
جي آر إيه بّي إي إس-3، وهو مشروع لدراسة الأشعة الكونية مع مصفوفة كاشف وابل الأشعة الكونية وكاشفات ميون الكبيرة في أوتي في جنوب الهند.
كاشف الأشعة الكونية عالي الدقة عين الذبابة
مارياشي (الأجهزة المختلطة للكشف الراداري عن الأشعة الكونية عالية التأين في لونغ آيلند في الولايات المتحدة الأمريكية)
مرصد بيير أوجيه
مشروع المصفوفات التلسكوبية
مصفوفة وابل الأشعة الكونية الواسعة ياكوتسك
تجربة تونكا
يطور مشروع كوزميسي في جامعة فلوريدا للميكانيك والزراعة تقنية لشبكة من الكواشف منخفضة التكلفة الموزعة لأجل رصد زخات الأشعة الكونية فائقة الطاقة بالتعاون مع مشروع مارياشي.

مرصد بيير أوجيه

مرصد بيير أوجيه هو مرصد أشعة كونية عالمي مصمم للكشف عن جسيمات الأشعة الكونية فائقة الطاقة (جسيمات ذات طاقة تتجاوز 1020 إلكترون فولت). يقدر معدل وصول هذه الجسيمات عالية الطاقة بشعاع واحد لكل كيلومتر مربع في كل قرن، وبالتالي، لتسجيل عدد كبير من هذه الأحداث، أُنشئ مرصد بيير أوجيه ليغطي مساحة تبلغ 3000 كيلومتر مربع (بحجم رود آيلند في الولايات المتحدة الأمريكية) في محافظة مندوزا غرب الأرجنتين. توجد في مرصد بيير أوجيه -بالإضافة لحصوله على معلومات توجيهية من مجموعة خزانات مياه مستخدمة لرصد مكونات زخات الأشعة الكونية- أربعة تلسكوبات مجهزة لرصد فلورية جزيئات النتروجين في الليل عندما تعبر زخات الجسيمات السماء، معطية المزيد من المعلومات التوجيهية حول جسيمات الأشعة الكونية الأصلية.

في سبتمبر 2017، أيّدت بيانات 12 سنة من الأرصاد من مرصد بيير أوجيه منشأً خارجَ مجرّيٍّ لأصل الأشعة الكونية عالية الطاقة.

شرح مبسط

في فيزياء الجسيمات الفلكية، الشعاع الكوني فائق الطاقة هو شعاع كوني ذو طاقة أعلى من 1 إلكترون فولت (1018 إلكترون فولت تساوي تقريبًا 0.16 جول). أبعد بكثير عن كتلة الراحة والطاقات النموذجية لجسيمات الأشعة الكونية الأخرى.