ستاره شناسی به وسیله پرتو بسیار پر انرژی گاما

پرتوهای کیهانی با انرژی تا 1020 eV برای هر ذره، طی هفتاد و پنج سال گذشته با روشهای متنوع آشکار شده‌اند. طی این مدت هیچ رابطه معینی میان این ذرات با چشمه یا چشمه‌های آنها مشاهده نشده است. اکنون با کشف چشمه‌های کهکشانی پرتو گامای خیلی انرژی بالا (UHE) ممکن است برای اولین بار چنین رابطه‌ای بر قرار شده باشد، که این حاکی از وجود ذراتی با انرژی بیشتر از 1017 eV است.
اولین چشمه UHE پرتوهای گاما که تأیید شده، چشمه کهکشانی پرتو x معروف به دجاجه 3 – x است. این شیء که در سال 1967 به عنوان چشمه متغیر پرتو x کشف شد یکی از قویترین چشمه‌های آسمانی در انرژیهای حدود 100 MeV نیز هست. این شیء به عنوان چشمه‌ای در طول موجهای رادیویی، فرو سرخ، پرتو x و پرتو گاما در انرژیهای تا 1000 GeV آشکار سازی شده است و در تمام این طول موجها، به جز طول موجهای رادیویی، یک دوره 8ر4 ساعتی را نشان می‌دهد. این تغییر دوره‌ای مربوط است به دوره مداری یک ستاره مزدوج، هر چند هنوز هیچ گونه رصد مستقیم طیف نمدی این نتیجه را تأیید (یا رد) نکرده است.
در چند سال گذشته دو گروه مستقل از هم، کشف این چشمه را در انرژیهای بیشتر از 1016eV، باز هم مدوله شده با تناوب 8ر4 ساعت، گزارش کردند. سامورسکی و استام، با استفاده از آرایه گسترده رگ بار هوا در کیل، دجاجه 3 – x را رصد کردند و شاری از فوتونها با انرژی در گستره 1015×2 تا eV 1016×2 را آشکار کردند. در این گستره انرژی، درخشندگی چشمه 1036×5 ارگ بر ثانیه بود. گروه دیگر، مستقل از گروه اول اما با نتیجه‌ای در توافق با این نتیجه، آشکار سازی پرتوهای گاما در انرژیهای بیشتر از 1015eV را گزارش کرد. این رصدها، همراه با رصدهای جلوتری که در انرژیهای کم به عمل آمده است طیف پیوسته‌ای را نشان می‌دهد که تقریباً از قانون توانی پیروی می‌کند.
آن چه این نتیجه را قابل توجه می‌کند، هم انرژیهای زیاد فوتونهای رصد شده است و هم شار آنها. درخشندگی کل چشمه در حدود 3×1038 ارگ بر ثانیه است. این مطلب به آین معنا است که در حدود دو در صد از گسیل چشمه به فوتونهای UHE تبدیل می‌شود. وانگهی، چون پرتوهای گاما از ذراتی با انرژیهای چندین برابر بیشتر تابیده می‌شوند چشمه مربوطه باید یک شتاب دهنده ذره‌ای فوق العاده کارا و قدرتمند باشد (به عنوان مقایسه، کارایی شتاب دهنده‌های بزرگ دست ساز روی زمین، که به انرژیهای تا حدود یک TeV می‌رسند، در حدود یک در صد است).
اگر ذرات تابشگر الکترون باشند، دستگاه شتاب دهنده باید شامل میدانهای بسیار منظمی باشد تا تابش سنکروترونی و سایر ساز و کارهای اتلاف تابشی نتوانند کارایی فرایند تابش فوتون با انرژی زیاد را به طرز مؤثری کاهش دهند. به احتمال قویتر، چشمه نهایی فوتونها پیوندهای خنثای حاصل از پروتونهای شتاب گرفته است که با گاز پیرامون منظومه مزدوج یا با جو یکی از ستارگان دستگاه مزدوج بر هم کنش می‌کنند. در این حالت شتاب ذره باید وابسته به ستاره هم دم باشد که به احتمال زیاد یک ستاره (نوترونی) رمبیده است. یک ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی قوی (1012 گاوس) و با چرخش تند (با دوره‌ای در حدود 10 ms) چشمه احتمالی چنین ذرات پر انرژی‌ای است، اگر چه عمر طولانی این چشمه، که محرز شده است، پارامترهای چنین مدلی را محدود می‌کند. یا به طریق دیگر، شتاب ذره در میدانهای الکتریکی حاصل از القای تک قطبی در یک ستاره نوترونی بر افزایشی با میدان مغناطیسی ضعیف می‌تواند انرژی ذره‌ای لازم و دربایستهای درخشندگی این چشمه را فراهم کند.
ئر ماههای پس از کشف پرتوهای گامای UHE از دجاجه 3 – x تا اکنون، چند چشمه معروف دیگر پرتو x، در انرژیهای بالا کشف شده‌اند. یکی از این چشمه‌ها، بادبان 1 – x، یک چشمه مزدوج تنیده پرتو x با دوره مداری 9ر8 روز است، که طبق گزارش، پرتوهای گامایی با همین دوره در انرژیهای بیشتر از 1015eV گسیل می‌کند. چشمه دیگر، جاثی 1- x، نیز یک تپ اختر مزدوج پرتو x است و در انرژیهای بالاتر از 1012eV آشکار شده است. هر گاه این نتایج با رصدهای مربوط به دجاجه 3 – x ترکیب شوند این نتیجه را به دست می‌دهند که اکثر چشمه‌های کهکشانی پرتو x (حتی احتمالاً همه آنها) چشمه UHE پرتو گاما نیز هستند. اگر این نتیجه گیری درست از آب در بیاید می‌تواند بالاخره پاسخی برای منشأ پرتوهای فوق العاده پر انرژی (لااقل تا 1017 Ev) کیهانی، که کمکشان را پر کرده است، فراهم بیاورد.