بازسازی انفجار پرتو گاما برای نخستین بار در محیط آزمایشگاه

شلیک پرتو گاما یا شلیک‌ شدید نوری، درخشان‌ترین رویداد نجومی قابل‌ مشاهده‌ی جهان محسوب می‌شود. این موج‌های پرانرژی پرتوهای گاما در زمانی کم‌تر از چند ثانیه یا دقیقه منتشر می‌شوند. برخی از شلیک‌های پرتو گاما بسیار درخشان هستند؛ به‌طوری که می‌توان آن‌ها را با چشم غیرمسلح دید؛ مانند شلیک مشهور GRB 080319B که سال ۲۰۰۸ توسط مأموریت کاوشگر سویفت ناسا (Swift GRB Explorer) کشف شد.

اما با وجود قدرتمند بودن این پدیده‌ی نجومی، دانشمندان هنوز دلیل شلیک پرتو گاما را نمی‌دانند. در این بین حتی برخی بر این عقیده‌اند که این پدیده در واقع پیامی است که توسط تمدن‌های فوق پیشرفته‌ی فرازمینی ارسال می‌شود. اکنون دانشمندان توانسته‌اند برای نخستین بار، یک نسخه‌ی کوچک از شلیک پی‌درپی‌ پرتو گاما را در محیط آزمایشگاه بازسازی کنند.

یکی از فرضیات در مورد منبع شلیک پرتو گاما این است که آن‌ها در واقع در اثر انتشار انرژی اجرام کیهانی عظیم و پرانرژی همچون سیاهچاله‌ها ایجاد می‌شوند. از این جهت که خود سیاهچاله‌ها هم از موضوعات اسرارآمیز ستاره‌شناسی محسوب می‌شوند، پژوهش در مورد شلیک پرتو گاما هم موضوع بسیار جالب توجهی است.

پرتوهایی که توسط سیاهچاله‌ها منتشر می‌شوند، بیشتر شاملالکترون‌ها و پادماده حاوی ذرات پوزیترون هستند. همه‌ی این ذرات دارای همتایان پادماده‌ای دقیقا مشابه خودشان هستند؛ اما با باری متضاد. این پرتوها میدان مغناطیسی قوی دارند و چرخش ذرات در اطراف میدان‌های مغناطیسی منجر به شلیک پرتو گاما می‌شود. البته این تنها یکی از فرضیات مطرح‌شده است.

دانشمندان هنوز دقیقا نمی‌دانند که میدان‌های مغناطیسی چگونه پدید می‌آیند. متأسفانه در پژوهش شلیک پرتوی گاما مشکلاتی وجود دارد.این پدیده نه‌تنها در زمانی بسیار کوتاه رخ می‌دهد؛ بلکه در فواصلی بسیار دور و در کهکشان‌های دوردست به وقوع می‌پیوندد؛ کهکشان‌هایی که حتی میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند. برای درک بهتر می‌توانید عددی با ۲۵ صفر را تصور کنید؛ فاصله‌ی میلیارد سال نوری از ما در واحد متر چنین عددی است. به این جهت، دانشمندان در واقع در حال پژوهش در مورد پدیده‌ی نجومی هستند که به‌طرز غیر قابل‌ باوری در نواحی دورست و به‌صورت تصادفی رخ می‌دهد و تنها چند ثانیه طول می‌کشد.

قدرتمندترین لیزر جهان

دانشمندان اخیرا پیشنهاد داده‌اند که بهترین روش برای کشف رازهای شلیک پرتو گاما، بازسازی آن در محیط آزمایشگاهی است. در حقیقت دانشمندان در این مورد، می‌توانند منبع کوچکی از پرتوهای الکترون و پوزیترون را بازسازی و نحوه‌ی رفتار آن‌ها را مشاهده کنند. به‌تازگی گروهی بین‌المللی با استفاده از یکی از قوی‌ترین لیزرهای جهان، موفق شده‌اند این پدیده را برای نخستین بار بازسازی کنند. این پژوهشگران از لیزر جمینی (Gemini) در آزمایشگاه رادرفورد اپلتون در انگلستان بهره بردند.

جمینی که از آن به‌عنوان قوی‌ترین لیزر جهان نام برده می‌شود، انرژی بسیار بالایی منتشر می‌کند. از این جهت، بهترین ابزار برای انتشار پرتو گاما و بررسی نحوه‌ی رفتار آن‌ است. پژوهشگران در این آزمایش موفق شدند برخی عوامل کلیدی (از جمله نحوه‌ی ایجاد میدان‌های مغناطیسی) را که در پدید آمدن شلیک پرتو گاما نقش اصلی را ایفا می‌کنند، بررسی کنند و با این آزمایش توانستند برخی از فرضیات خود در مورد نحوه‌ی عملکرد میدان مغناطیسی و قدرت آن‌ها را تأیید کنند. در واقع آن‌ها دریافتند که مدل‌های شبیه‌سازی‌شده‌ای که برای درک شلیک پرتو گاما مورد استفاده قرار می‌گیرند، درست هستند. مورد دیگر اینکه، این آزمایش نه‌تنها برای بررسی شلیک پرتوهای گاما اهمیت دارد، بلکه باید در نظر داشت ماده‌ای که تنها از الکترون‌ها و پوزیترون‌ها ساخته شده باشد، یک ماده‌ی فوق‌العاده منحصربه‌فرد است.

ذرات طبیعی در زمین عمدتا از اتم ساخته شده‌اند؛ ذراتی که دارای یک هسته‌ی مثبت سنگین‌اند که از ابرهای نور و الکترون‌های منفی احاطه شده‌اند. با توجه به تفاوت باورنکردنی وزن بین این دو ذره (سبک‌ترین هسته‌ دارای وزنی معادل ۱۸۳۶ برابر یک الکترون است)، تقریبا تمام پدیده‌هایی که ما در زندگی روزمره تجربه می‌کنیم، از پویایی الکترون‌ها نشأت می‌گیرند که در پاسخ به ورودی‌های خارجی (همچون نور، ذرات دیگر، میدان مغناطیسی) بسیار سریع‌تر واکنش نشان می‌دهند.

اما در یک پرتو الکترونی-پوزیترونی، هر دو ذره دقیقا دارای جرمیهمسان هستند؛ از این جهت، واکنش متفاوت این دو می‌تواند به نتایج جالب توجهی بینجامد. به‌عنوان مثال، در دنیای الکترونی-پوزیترونی صدا وجود ندارد. اما چرا دانشمندان به رویدادهایی که در فواصلی بسیار دوردست رخ می‌دهند، اینچنین اهمیت می‌دهند؟ در این مورد دلایل مختلفی مطرح است. به‌عقیده‌ی دانشمندان درک چگونگی ایجاد شلیک پرتو گاما به آن‌ها امکان درک بیشتر سیاهچاله‌ها و در نتیجه چگونگی پدید آمدن جهان  را می‌دهد. البته در این بین، برخی از پژوهشگران هنوز هم به دنبال یافتن پیام‌های نهفته تمدن‌های فرازمینی در این ذرات پرانرژی هستند.

مؤسسه‌‌ی جستجو هوش فرازمینی (SETI) که سال‌ها است در این مورد تلاش می‌کند، با ثبت سیگنال‌های الکترومغناطیسی منتشرشده در فضا به دنبال یافتن این پیام‌ها است. البته واضح است که آن‌ها با بهره بردن از آشکارسازها می‌توانند سیگنال‌های مختلفی از فضا دریافت کنند؛ اما مسئله زمانی دشوار می‌شود که بخواهیم سیگنال‌های مربوط به تمدن‌های پیشرفته‌ی فضایی را از سیگنال‌های طبیعی جدا کنیم که در این صورت، باید قاعدتا به‌خوبی با سگینال‌های طبیعی هم آشنا باشیم. مشخصا چنین پژوهشی برای یافتن تمدن‌های پیشرفته کاربرد نخواهد داشت؛ اما اگر روزی چنین سیگنال‌هایی کشف شود، پژوهشگران با درک بهتر پدیده‌های طبیعی می‌توانند به‌‌خوبی سیگنال‌های مربوط به تمدن‌های هوشمند را جداسازی کنند!