مترجم: فرید احسانلو
منبع:راسخون
منبع:راسخون
قضیه از این قرار است. پرتوهای كیهانی، پدیده‌ای همه‌جایی نیست كه هم در فضای میان كهكشانی پراكنده باشد و هم در كهكشان‌های دیگر. اما پرتوهایی كه در نزدیكی سطح زمین رؤیت می‌شود عمدتاً از محصولات همین كهكشان خودمان است و به جز نشت اندكی كه در لبه‌های كهكشان صورت می‌گیرد، محدود و مقید به كهكشان است.
این روزها نمی‌توان عبارات اخباری از این نوع، درباره مسائلی به این مهمی ایراد كرد. هنوز خیلی مانده است كه به اثبات مستقیم چنین نظری دست بیابیم. مثلاً هنوز هیچ نقشه‌ای برای پرتاب دستگاه‌های اندازه‌گیری میان كهكشانی در دست نداریم. ولی آیا این امكان هم نیست كه از روی قرائنی كه بر وجود یا فقدان پرتوهای كیهانی در كهكشان‌های دیگر دلالت دارند مطلبی درباره توزیع كلی این پرتوها بگوییم؟
مشكل بدیهی این است كه كهكشان‌های دیگر خیلی دورند. مشكل جدی‌تر این است كه چگونه می‌توان پی برد كه آیا در كهكشان‌های دیگر پرتوهای كیهانی وجود دارند یا نه؟ جستجوی كربن كیهان‌زادی یا محصولات ایزوتوپیك حاصل از شار پرتو كیهانی كه قابل مقایسه با آنچه روی زمین هست باشد، دست كم تا وقتی كه كسی سیاره‌ای برون كهكشانی و یا كهكشانی مانند زمین پیدا نكرده، كار بی حاصلی است.
حدود نیم قرن پیش گینزبورگ (كه هنوز در انستیتوی لبدوف در مسكو است) اولین روش تشخیص میان منشأ كهكشانی و فراكهكشانی پرتوهای كیهانی را ارائه كرد. او در سال 1972 پیشنهاد كرد كه اندازه‌گیری پرتوهای گامای ابرهای ماژلانی بزرگ و كوچك ممكن است وجه تمایز قاطعی بین این دو امكان را فراهم كند (او در عین حال تعصبی را كه به سود فرضیه كهكشانی داشت آشكار كرد).
روال بحث گینز بورگ چگونه بود؟ ذرات پر انرژی پرتوهای كیهانی به ناچار با گازهای میان سیاره‌ای برخورد می‌كنند و از این برخورد پرتوهای گامای پرانرژی به وجود می‌آیند. اما منجمان رادیویی با اندازه‌گیری هیدروژن طبیعی ابرهای ماژلانی قبلاً مقدار ماده میان سیاره‌ای را در ابر بزرگ ماژلانی استنتاج كرده بودند. گینز بورگ فقط شار پرتو گامایی را كه از قمرهای كهكشان ما انتظار می‌رود، براساس این دو فریضه محاسبه كرد.
از دیدگاه فراكهكشانی، شار پرتوهای گامایی كه پرتوهای كیهانی تولید می‌كنند باید یا در حدود این شار در نزدیكی زمین، یا از آن كمتر باشد. گینزبورگ بحث را به پرتوهای گامای پر انرژی‌تر از meV100 محدود كرد تا از فرایندهای كم انرژی ستاره‌ای اجتناب كند. آنگاه نتیجه گرفت كه اگر فرضیه كهكشانی مورد علاقه او درست باشد، شار مركب پرتوهای گامای ابرهای ماژلانی یك سوم چیزی خواهد بود كه از فرضیه فراكهكشانی انتظار می‌رود، و برونداد دو ابر به نحو بارزی متفاوت خواهد بود.
انتظارات گینزبورگ با داده‌هایی در رصدخانه پرتو گامای كامپتون برآورده شده است. این رصدخانه، ماهواره‌ای است كه در سال 1991 در ایالات متحده به فضا پرتاب شده است و از مركز پروازهای فضایی گودارد هدایت می‌شود. بخش اصلی این ماهواره تلسكوپ پرتو گامایی است كه پرتوهای گاما را درست به همان نحوی آشكار سازی می‌كند كه در ایام اتاقك ابری انجام می‌شد، یعنی با استفاده از ورقه‌های متوازی ماده‌ای مانند سرب، پرتوهای گاما به زوج‌های الكترون – پوزیترون تبدیل می‌شوند. این تلسكوپ اطلاعاتی درباره مسیر پرتوهای گامای دریافت شده و انرژی آنها به ما می‌دهد. میزان بندی [كالیبره كردن] نشان داده است كه نوفه زمینه دست‌كم یك مرتبه بزرگی كوچكتر از اندازه سیگنالی است كه از فضای میان كهكشانی انتظار می‌رود.
این نتیجه‌گیری كه پرتوهای گاما منشأ كهكشانی دارند (و ابرهای ماژلانی پرتوهای گامای خودشان را تولید می‌كنند)، یا دست‌كم اینكه فرضیه فراكهكشانی با رصد سازگار نیست، مبتنی بر داده‌های با ارزشی است كه در مدت شش هفته از ابر ماژلانی كوچك به دست آمده است. محققان با دقت زیاد شاری را كه از كهكشان انتظار می‌رود و نیز شاری را كه معلول پراكندگی كامپتونی فوتون‌های كم انرژی از ذرات گامای كیهانی پر انرژی است، از شار اندازه‌گیری شده كم كردند.
حاصل آنكه شار اندازه‌گیری شده پرتوهای گامای پرانرژی‌تر از meV100 بنابر محاسبه نباید بیشتر از 7-10×5ر0 فوتون در سانتی‌متر مربع در ثانیه باشد. این تخمین در حد اطمینان 95% است. به بیان دیگر احتمال آنكه برونداد ابر ماژلانی كوچك از این حد بیشتر باشد، 5 درصد است. بر عكس، شاری كه بر اساس فرضیه فراكهكشانی از این ابر انتظار می‌رود 7-10×5ر0 ±4ر2 فوتون در سانتی‌متر مربع در ثانیه است. این دو عدد با یك ضریب 5 تفاوت دارند، و با آنكه خطای برونداد تخمینی از نظریه فراكهكشانی از نظر بعضی‌ها فقط خیلی بزرگ است، ولی كم‌اند كسانی كه به این دلیل یك سره منشأ پرتوهای كیهانی را كهكشانی بدانند.
تا اینجای قضیه، بدك نیست. دست‌كم گینزبورگ باید به خاطر حرف روشنی كه 20 سال پیش زد راضی باشد. به گفته او وسایلی كه برای مصارف ماهواره‌ای ساخته می‌شوند حساسیت كافی دارند كه بتوانند بین دو فرضیه پیش گفته تمیز بگذارند. تردیدی نیست كه اوضاع از سال 1972 كمی پیچیده‌تر شده است و یكی از این پیچیدگی‌ها معلول تردیدی است كه منجمان نسبت به پایداری ذاتی ابر ماژلانی كوچك پیدا كرده‌اند. مسلم شده است كه باید اشكالی در كار باشد. بنابر مطالعات نجوم رادیویی، قمر كهكشان ما، ابر ماژلانی كوچك دوباره با سرعت‌های مختلف دارد. بنابر رصدهای نوری اگر قرار است این كهكشان كوچك پایدار باشد باید ضخامت آن در امتداد خط دید نازكتر از آن باشد كه هست. از طرف دیگر نظریه‌ای كشندی وجود دارد كه از مواجهه این ابر با ابر ماژلانی بزرگ در زمانی كمتر از 100 میلیون سال پیش خبر می‌دهد و علت ناپایداری ابر كوچك را همین برخورد می‌داند. البته این مطالب در مسئله مورد نظر دخیل‌اند. زیرا اگر ابر ماژلانی كوچك در جریان از هم پاشیدگی باشد، این از هم پاشیدگی می‌تواند منشأ عدم قطعیت بزرگی باشد كه در شار پرتو گاما مطابق فرضیه فراكهكشانی انتظار می‌رود.
اندازه‌گیری‌هایی كه با همان وسایل روی ابر ماژلانی بزرگ (كه به اندازه كافی پایدار به حساب می‌آید) انجام شده به نتیجه‌ای قطعی نینجامیده است. شار اندازه‌گیری شده از میزان مربوط به فرضیه فراكهكشانی كمتر است، اما با توجه به عدم قطعیت‌های اندازه‌گیری و محاسبه، اختلاف‌ها چندان قابل ملاحظه نیست. در این مورد شدت پرتوهای كیهانی كه فشاری انبساطی (ضد گرانشی) در یك كهكشان پایدار به وجود می‌آورد با آنچه در حول وحوش ما می‌گذرد قابل مقایسه است.
به هر حال تحولات اخیر فرضیه‌ای را كه پیامدهایش برای تعادل انرژی عالم همیشه مایه دردسر بعضی از پژوهشگران بوده است مردود می‌شمارد، اما منابع واقعی پرتوهای كیهانی را مشخص نكرده است. هواداران فرضیه فراكهكشانی، دست كم ادعا كرده‌اند كه اختروش‌ها، كهكشان‌های رادیویی، و دیگر اجسام دوردستی كه دانش اندكی درباره آنها داریم، منابع احتمالی این ذرات پرانرژی‌اند. حالا اگر بنا باشد منابع اصلی این ذرات پرانرژی را در كهكشان خودمان جستجو كنیم، مشكل دیگری اضافه خواهد شد و آن اینكه باید آثار مربوط به ابرنواخترها دوتایی‌های رمبشی، فورانگرهای پرتو گاما، و امثال آنها را نیز به حساب بیاوریم. با آنكه مكانیزم فرمی، یعنی شتاب گرفتن ذرات كم انرژی توسط میدان‌های مغناطیسی كتره‌ای و ایجاد پرتوهای گامای كیهانی، هنوز یكی از مكانیزم‌های ممكن است، ولی این اشكال را دارد كه تقریباً غیر قابل آزمون است.
