اشعه گاما در کیهان

نگاه اجمالی

اختر فیزیک به عنوان علمی‌ که صرفا به نور مرئی مربوط می‌شود، هر چیزی را که در آسمان قابل روئیت باشد، مورد مطالعه قرار می‌دهد. این مطالعات نخست بوسیله چشم غیر مسلح و بعدها بوسیله دوربین های نجومی صورت گرفت. گسترش روش‌های رادیویی منجر به پیدایش اختر شناسی رادیویی گردید. اخترشناسی کنونی که بوسیله دستگاههای اکتشاف فضا تا این حد مجهز شده، قادر است به آنسوی محدوده جو دست یابد.
با مطالعه تابش‌های فروسرخ ، فرابنفش ، پرتو ایکس و گاما بر میزان اطلاعات خود بیافزاید. امروزه می‌توان آن را به صورت علمی‌ که تمام طول موجها را مورد استفاده قرار می‌دهد، تشریح نمود. اگرچه اختر شناسی بوسیله پرتو ایکس ، که شاخه نسبتا جوانی از این علم است، سهم با ارزشی در تصور ما درباره جهان داشته، ولی احتمالا اختر شناسی پرتو گاما ، یعنی مطالعه پرتو گاما در فضا ، از نظر اطلاعات غنی‌تر است.
اخترشناسی با اشعه گاما
اخترشناسی پرتو گاما یعنی بررسی پرتو گاما در فضا. انرژی کوانتاهای پرتو گاما ممکن است صدها ، هزارها یا حتی میلیونها برابر بیشتر از انرژی فوتون‌های نور مرئی باشد. در واقع ، جهان برای پرتو گاما شفاف است. پرتوهای گاما که در مسیر مستقیم از اجسام فوق‌العاده دور حرکت می‌کنند، با خود اطلاعات فراوانی درباره فرآیندهای فیزیکی که در فضا جریان دارند، به همراه می‌آورند. آنچه که از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد، این است که تابش گاما ممکن است حالات غیرعادی ماده (مسئله‌ای که بسیار مورد توجه فیزیکدانان می‌باشد) را مشخص نماید. این تابش از مکانهایی سرچشمه می‌گیرد که ماده و ضدماده با یکدیگر برخورد می‌کنند و با تشکیل پرتوی کیهانی یعنی جریان ذرات پرانرژی ، همراه می‌باشد.
موانع اختر شناسی توسط اشعه گاما
مشکل اختر شناسی بوسیله اشعه گاما این واقعیت است که گرچه انرژی کوانتاهای گاما بسیار زیاد است. ولی تعداد آنها در مناطقی از فضا که به ما نزدیک می‌باشد، بسیار ناچیز است. دوربینهای نجومی‌ مخصوص پرتو گاما حتی در مورد پرقدرت‌ترین چشمه‌های اشعه گاما ، فقط یک کوانتای پرتو گاما را در هر چند دقیقه نشان می‌دهد.
مشکل دیگر آن است که در مقابل تابش دریافت شده ، مزاحمتهای زمینه‌ای وجود دارد. تحت تأثیر الکترون‌ها و پروتون‌ها (ذرات باردار پرتوی کیهانی که به طرف زمین سرازیر می‌شوند) جو زمین و فضاپیمای حامل دستگاههای ثبت کننده ، تابش گاما را منعکس می‌نمایند.
چشمه‌های تابش کننده اشعه گاما
دهها چشمه تابش کننده پرتو گاما بوسیله دوربینهای نجومی ‌مخصوص پرتو گاما که در وسایل نقلیه فضایی کار گذاشته شده‌اند، کشف گردیده است. تاکنون چنین امکانی وجود نداشته که با قاطعیت بگوییم این چشمه‌ها ، ستارگان هستند یا اجسام متراکم یا اجسام گسترده. بواسطه دلیلی می‌توانیم تصور کنیم تابش گاما از رویدادهای شدیدی که با تغییرات زیاد همراه هستند، مانند ابرنواخترها ، پدید می‌آید.
اشعه گاما در ابرنواختران
مطالعه‌ای که بر روی بقایای 88 ابرنواختر انجام گردید، فقط وجود دو چشمه اشعه گاما را مشخص نموده است. در عین حال چشمه‌های برون کهکشان اشعه گامایی ثبت شده‌اند. آنها به کهکشانهای فعال و اخترنماهایی که قدرت انفجارشان دهها میلیون برای انفجارهای ابرنواختر است مربوط می‌شوند. کاملا امکان دارد علم اخترشناسی در آستانه کشف یک جسم فضایی که متعلق به گروه کاملا جدیدی است، قرار داشته باشد.
تصور می‌شود که انفجارهای ابرنو اختر یکی از مراحل پایان زندگی ستاره است. در عین حال مراحل اولیه تکامل ستاره‌ای نیز با رویدادهای شدید همراه می‌باشند. احتمالا می‌توان تصور نمود که تابش گاما و وقایع شدیدی که موجب پدید آمدن آن می‌شوند، به تولد ستارگان مربوط هستند، نه به مرگ آنها.
تپ اخترها
ستارگان نوترونی با تپ اخترها از چشمه‌های تابش پرتو گاما هستند. پرقدرت‌ترین تپ اختر که بوسیله دوربین‌های نجومی‌ نوری قابل ثبت نمی‌باشد، در صورت فلکی بادبان (شراع) قرار دارد. تپ اختر دیگری به سحابی خرچنگ مربوط می‌شود. تاکنون مستقیما دلایلی به دست نیامده که وجود هسته‌های پرانرژی را با تپ اخترها ارتباط دهد و بنابراین حاکی از این مطلب باشد که تپ اخترها ، منابع اولیه پرتوی کیهانی هستند.
به احتمال زیاد تابش گاما به وسیله الکترونهای سریع که منشا ثانویه دارند (الکترون ثانویه) یعنی الکترونهایی که در نتیجه برخورد بین هسته‌های موجود در پرتوی کیهانی و هسته‌های موجود در گاز میان ستاره‌ای پدید می‌آیند، ایجاد می‌گردد.
ثبت تابش گاما
در چند سال اخیر پیش دستگاههای نصب شده در ماهواره‌های مصنوعی زمین و بالونهای مطالعاتی که تا ارتفاع زیادی بالا می‌روند، ایجاد تابش گامای پرقدرت کیهانی را در اثر انفجار ثبت نمودند. انرژی آزاد شده در این انفجارها حدود یک میلیون برابر بزرگتر از انرژی تابش مرئی خورشید بود. ماهیت فیزیکی این پدیده‌ها هنوز مشخص نیست، ولی دلیلی وجود دارد تا تصور کنیم که آنها احتمالا با رویدادهایی که در منظومه ستارگان دوتایی (که حاوی ستارگان نوترونی می‌باشند) رخ می‌دهد، ارتباط دارند. یکی از احتمالات این است که ظهور ناگهانی پرتو گاما در نتیجه خارج شدن ماده از یکی از ستارگان منظومه دوتایی و فروریختن آن بر روی همراه نوترونی این ستاره می‌باشد.
کاربرد اشعه گاما
انتظار می‌رود که مطالعه پرتو گامای کیهانی پاسخگوی سوالاتی باشد که برای ما از نظر ادراک ساختمان اجسام فضایی و ادراک رویدادهایی که در جهان اتفاق می‌افتند، اهمیت زیادی دارند. این واقعیت که کوانتاهای گاما در مسیرهای مستقیمی ‌انتشار می‌یابند، نه تنها کشف منابع اشعه گاما را که در دوردست قرار دارند، بلکه تعیین مسیر آنها را آسان‌تر می‌نماید. از سوی دیگر تابش گاما که در نتیجه فعالیت ذرات سریع و غیر حرارتی ایجاد می‌گردد، اطلاعاتی را در مورد پدیده‌هایی که مربوط به تجمع زیاد این ذرات می‌شود، با خود حمل می‌نماید.