رعد و برق زمینی، پدیده‌ای فضایی آفرید: شوک دانشمندان از کشف پرتوهای گاما!
دانشمندان ژاپنی در یک کشف نادر و شگفت‌انگیز دریافته‌اند که رعد و برق روی زمین می‌تواند منجر به تولید پرتوهای گاما شود؛ پدیده‌ای که معمولاً در پدیده‌های کیهانی مانند سیاه‌چاله‌ها یا برخورد ستاره‌های نوترونی دیده می‌شود. این یافته‌ها که در مجله Science Advances منتشر شده‌اند، نشان می‌دهند که چگونه مجموعه‌ای از حسگرهای پیشرفته توانسته‌اند یک فلاش پرتو گامای زمینی (TGF) را ثبت کنند که در اثر برخورد رعد و برق در مرکز ژاپن ایجاد شده است. این کشف، گامی بزرگ در درک ما از انرژی الکترومغناطیسی شدیدی است که می‌تواند در جو سیاره خودمان فوران کند.
برخورد “رهبران” رعد و برق، آفرینش‌گر پرتو گاما
در یک طوفان زمستانی در شهر کانازاوا، واقع در مرکز ژاپن، محققان دانشگاه اوزاکا یک تعامل غیرمعمول را شناسایی کردند: یک “رهبر” منفی رعد و برق که از ابر به سمت پایین می‌آمد، با یک “رهبر” مثبت که از یک برج پخش رادیویی به سمت بالا صعود می‌کرد، برخورد کرد. درست در لحظه‌ای که میدان‌های الکتریکی آن‌ها شدت یافت و مسیرهایشان به هم رسید، یک TGF از آسمان منفجر شد. یوکی وادا، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «توانایی مطالعه فرآیندهای شدیدی مانند TGF که از رعد و برق منشأ می‌گیرند، به ما این امکان را می‌دهد تا فرآیندهای پرانرژی که در جو زمین رخ می‌دهند را بهتر درک کنیم.»
آنچه این رویداد را بسیار قابل توجه می‌کند، دقت ثبت آن است. حسگرها توانستند انتشار پرتو گاما را تنها ۳۱ میکروثانیه قبل از اتصال مسیرهای رعد و برق ثبت کنند و این پدیده، ۲۰ میکروثانیه پس از برخورد پایان یافت. تخلیه الکتریکی به میزان منفی ۵۶ کیلوآمپر ثبت شد که گواهی بر انرژی بسیار زیاد درگیر در این فرآیند است.
نگاهی اجمالی و نادر به فیزیک پرانرژی رعد و برق
همه می‌دانیم که رعد و برق شامل بارهای الکتریکی عظیمی است، اما این رویداد نشان داد که در شرایط مناسب، این کانال‌های الکتریکی – که “رهبر” نامیده می‌شوند – می‌توانند به اندازه‌ای انرژی متمرکز کنند که الکترون‌ها را تقریباً به سرعت نور شتاب داده و در نتیجه، تابش گاما تولید کنند. این فوران‌ها معمولاً در میان همهمه یک طوفان پنهان می‌مانند و تشخیص آن‌ها بسیار دشوار است. هاروفومی تسوچیا، نویسنده ارشد و متخصص فیزیک پرتو، می‌گوید: «هنوز معماهایی باقی مانده است، اما این تکنیک ما را به درک بهتر این فوران‌های تابشی جذاب نزدیک‌تر کرده است.»
این تیم از یک سیستم چند حسگری شامل آشکارسازهای نوری، رادیویی و پرانرژی استفاده کرد. این ترکیب، به آن‌ها این امکان را داد تا توالی رویداد را با وضوحی بی‌نظیر ترسیم کنند و نه تنها فلاش را ثبت کنند، بلکه زمان‌بندی دقیق آن را با ضربه های رهبر نیز ثبت کنند؛ چیزی که پیش از این هرگز به این وضوح مشاهده نشده بود.
واکنش‌های هسته‌ای-نوری، نشانه‌ای از پویایی‌های عمیق‌تر طوفان
پس از فلاش اصلی پرتو گاما، یک اثر جانبی شگفت‌انگیز مشاهده شد: یک درخشش ضعیف و طولانی که حدود ۸۰ میلی‌ثانیه به طول انجامید. این سیگنال که توسط سوسوزن‌های پلاستیکی با حساسیت بالا شناسایی شد، نشان می‌دهد که واکنش‌های هسته‌ای-نوری تحریک شده‌اند؛ به این معنی که فوتون‌های گاما با اتم‌های موجود در جو برخورد کرده و نوترون آزاد می‌کنند. سپس، این نوترون‌ها سرعت خود را کاهش داده و با جذب مجدد، پرتوهای گامای بیشتری تولید می‌کنند. این درخشش ضعیف، به فرآیندی شبیه‌تر به واکنش‌های زنجیره‌ای هسته‌ای اشاره دارد تا فیزیک سنتی رعد و برق. این یک گواه است که تابش ناشی از طوفان می‌تواند پویاتر و پیچیده‌تر از آن چیزی باشد که قبلاً تصور می‌شد.
