تابش مرگبار از ستاره‌ای در حال فروپاشی: انفجاری که سیاره ما را تهدید می‌کند!
بر اساس یک مطالعه جدید، بقایای ابرنواخترها می‌توانند به طور موقت به شدیدترین شتاب‌دهنده‌های ذرات در کیهان تبدیل شوند و حتی از برخورددهنده بزرگ هادرونی (Large Hadron Collider) نیز فراتر روند. این تحقیق که اخیراً در مجله Astronomy & Astrophysics پذیرفته شده و در arXiv نیز موجود است، مکانیزمی را تشریح می‌کند که ممکن است انفجارهای ستاره‌ای معمولی را به PeVatronها تبدیل کند – منابع پرتوهای کیهانی با انرژی‌هایی که به یک پتاالکترون‌ولت (PeV) می‌رسند. این انفجارها ممکن است تنها برای مدت کوتاهی به عنوان چنین برخورددهنده‌هایی عمل کنند، که می‌تواند توضیح دهد چرا سیگنال‌های آن‌ها با وجود وقوع مکرر ابرنواخترها در کهکشان راه شیری بسیار نادر است.
راز پرتوهای کیهانی و منشاء آن‌ها
بیش از یک قرن است که ستاره‌شناسان به دنبال ردیابی منشاء ذرات پرانرژی موسوم به پرتوهای کیهانی هستند. این پرتوها به طور مداوم به زمین برخورد می‌کنند و عمدتاً از پروتون‌ها و گهگاه هسته‌های سنگین‌تر تشکیل شده‌اند و با طیف گسترده‌ای از انرژی‌ها می‌رسند. برخی از آن‌ها آنقدر پرانرژی هستند که از توانایی‌های هر شتاب‌دهنده ذرات ساخته شده توسط انسان هزاران برابر فراتر می‌روند.
این پرتوهای فوق‌العاده پرانرژی، به ویژه آن‌هایی که در محدوده PeV قرار دارند، از دیرباز به عنوان منشاء ابرنواخترها مورد بحث بوده‌اند. مرگ انفجاری ستارگان عظیم، با آزادسازی انرژی عظیم و محیط‌های مغناطیسی متلاطم آن‌ها، به نظر مکانی مناسب برای تولد چنین ذراتی است. اما شواهد مستقیمی که این انفجارها را به پرتوهای کیهانی PeV مرتبط کند، هنوز مبهم باقی مانده است.
مشاهدات بقایای ابرنواخترهای معروف مانند تیکو (Tycho) و ذات‌الکرسی اِی (Cassiopeia A) انتشار انرژی زیادی را نشان داد، اما نه به اندازه‌ای که بتواند پرتوهای دارای بالاترین انرژی را توضیح دهد. مطالعه جدید به پر کردن این شکاف در درک ما کمک می‌کند.
ابرنواخترها به نوع خاصی از ابر گازی نیاز دارند
به گفته نویسندگان این مطالعه، عامل کلیدی نه تنها در انفجار، بلکه در محیط اطراف ستاره قبل از مرگ آن نهفته است. ستارگان اغلب قبل از تبدیل شدن به ابرنواختر، جرم خود را از دست می‌دهند و از طریق بادهای ستاره‌ای یا رویدادهای فورانی، گاز را به بیرون پرتاب می‌کنند. این جریان خروجی نباید خیلی پراکنده باشد. برای فعال کردن فاز PeVatron، ستاره باید حداقل دو جرم خورشیدی از مواد را به صورت یک پوسته متراکم و متراکم در اطراف خود بیرون بریزد.
هنگامی که ستاره در نهایت منفجر می‌شود، موج شوک آن به این پوشش غنی از مواد برخورد می‌کند. این تعامل خشونت‌آمیز، میدان‌های مغناطیسی شدیدی ایجاد می‌کند، که به نوبه خود ذرات باردار به دام افتاده در منطقه آشوب‌زده را تسریع می‌کند. این ذرات به طور مکرر از سراسر جبهه شوک به عقب و جلو می‌پرند و در هر بار عبور انرژی به دست می‌آورند تا اینکه در نهایت به عنوان پرتوهای کیهانی فوق‌العاده پرانرژی فرار می‌کنند.
با این حال، این مرحله کوتاه است. در عرض چند ماه، موج شوک ضعیف می‌شود و سیستم قدرت خود را از دست می‌دهد. اگرچه ابرنواختر سال‌ها یا حتی قرن‌ها به تولید پرتوهای کیهانی ادامه می‌دهد، اما دیگر به انرژی‌های PeV نمی‌رسند.
چرا به ندرت شاهد PeVatronها در عمل هستیم؟
ماهیت کوتاه مدت فاز PeVatron می‌تواند عدم تشخیص مستقیم مداوم را توضیح دهد. ابرنواخترها تقریباً هر ۳۰ تا ۵۰ سال یک بار در کهکشان راه شیری رخ می‌دهند، اما مگر اینکه یکی نسبتاً نزدیک منفجر شود و در عرض چند ماه گرفتار شود، احتمال کمی وجود دارد که ستاره‌شناسان سیگنال PeV گویا را ببینند.
بیشتر مشاهدات مدرن از بقایای ابرنواخترها مدت‌ها پس از عبور از این پنجره پرانرژی انجام می‌شود. در آن زمان، پرتوهای کیهانی ساطع شده هنوز فراوان هستند، اما طیف انرژی آن‌ها به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
این فرضیه به آشتی دادن توانایی نظری ابرنواخترها برای تولید پرتوهای کیهانی PeV با واقعیت عملی اینکه ما هنوز تأیید نکرده‌ایم که یکی از آن‌ها این کار را در زمان واقعی انجام می‌دهد، کمک می‌کند.
