کاوش تابش رادیویی در بهمن‌های هوایی

کاوش تابش رادیویی در بهمن‌های هوایی

رصدخانه‌ی پیر اوژه (Pierre Auger Observatory) به منظور مطالعه و کشف منابع و مشخصات پرتوهای کیهانی پرانرژی (بیشتر از ۱۰ به توان ۱۸ الکترون ولت) ساخته شده است. این رصدخانه در سال ۲۰۰۴ میلادی شروع به جمع‌آوری داده کرده و ساخت آن در سال ۲۰۰۸ به پایان رسیده است. از آغاز کار این رصدخانه تحقیقات گسترده‌ای برای شناخت این ذرات پرانرژی انجام شده که نتایج آن را می‌توانید در مقالات متعددی که از سال ۲۰۰۸ تاکنون نوشته شده است ببینید.

 رصدخانه‌ی پیر اوژه در کشور آرژانتین واقع شده است. محل و طرح کلی این رصدخانه را در این تصویر می‌بینید.


رصدخانه‌ی پیر اوژه در کشور آرژانتین واقع شده است. محل و طرح کلی این رصدخانه را در این تصویر می‌بینید.

رصدخانه‌ی پیراوژه در ایالت مندوزا در نزدیکی شهر کوچکی به نام مالارگوئه در کشور آرژانتین واقع شده است. مساحت این رصدخانه ۳۰۰۰ کیلومترمربع است (برای این‌که شهودی از بزرگی‌ آن داشته باشید، مساحت تهران طبق ویکیپدیا حدود ۷۳۰ کیلومتر مربع است). این رصد‌خانه حاوی ۱۶۶۰ آشکارساز چرنکوف و ۲۷ تلسکوپ فلورسنس است که در چهار گوشه‌ی رصدخانه واقع شده اند. علاوه بر این آشکارسازها تعداد دیگری آشکارساز رادیویی و دستگاه‌های هواشناسی در قسمت‌های متفاوتی از این رصدخانه ساخته شده‌اند.

در این رصدخانه علاوه بر آشکارسازی ذرات ثانویه‌، تابش رادیویی ساطع شده از بهمن‌های گسترده‌ی هوایی را نیز می‌توان مطالعه کرد. یک بهمن گسترده‌ی هوایی به آبشاری از ذرات ثانویه گفته می‌شود که در اثر برخورد یک ذره‌ی اولیه‌ی پرانرژی (مثل پروتون) با مولکول‌های جو زمین تولید می‌شود.


نمای رصدخانه‌ی پیر اوژه از بالا. هر نقطه نشانگر یکی از ۱۱۶۰ آشکارساز چرنکوف است. در گوشه‌های تصویر، چهار ساختمان حاوی تلسکوپ‌های فلورسنس نمایش داده شده‌اند. خط‌های آبی زاویه‌ی دید هر تلسکوپ را نشان می‌دهد. AERA آرایه‌ی رادیویی مورد استفاده در این مقاله است.

نمای رصدخانه‌ی پیر اوژه از بالا. هر نقطه نشانگر یکی از ۱۱۶۰ آشکارساز چرنکوف است. در گوشه‌های تصویر، چهار ساختمان حاوی تلسکوپ‌های فلورسنس نمایش داده شده‌اند. خط‌های آبی زاویه‌ی دید هر تلسکوپ را نشان می‌دهد. AERA آرایه‌ی رادیویی مورد استفاده در این مقاله است.

در این مقاله که به تازگی نوشته شده است، پژوهشگران رصدخانه‌ی پیر اوژه، تابش رادیویی حول و حوش ۵۰ مگاهرتز را در پرتوهای کیهانی توسط آرایه‌ی رادیویی اوژه که هنوز در حال توسعه است (AERA) مطالعه کرده‌اند. این آرایه قابلیت ثبت بهمن‌های هوایی با انرژی بیشتر از ۱۰ به توان ۱۷ الکترون ولت را دارد.

به طور کلی دو مکانیسم تابش رادیویی متفاوت در بهمن‌های هوایی وجود دارد: مکانیسم تابشی ژئومغناطیس و مکانیزم بار اضافه.  تابش ژئومغناطیس با القای جریان جابجایی الکتریکی در پیشانی بهمن (shower front) توسط میدان مغناطیسی زمین به وجود می‌آید، در حالی که بار اضافه در بهمن هوایی اغلب به دلیل برانگیختگی و جدایی الکترون‌ها از مولکول‌های هوا توسط فوتون‌های پرانرژی حاضر در بهمن هوایی به وجود می‌آید. مقدار این جریان الکتریکی و بار اضافه‌ی القایی متناسب با تعداد ذرات ثانویه در بهمن هوایی است و با زمان تغییر می‌کند. در نتیجه امواج رادیویی همدوس با طول موج‌های نسبتا بلند نیز می‌توانند تابش شوند. لازم به ذکر است که پیشانی بهمن هوایی که جریان جابجایی القایی و بار اضافی را با خود حمل می‌کند با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کند.
قطبش امواج رادیویی تابش شده توسط جریان القایی با قطبش تابش حاصل از بار القایی متفاوت است. این تفاوت امکان تشخیص نوع تابش را فراهم می‌سازد.

نویسندگان این مقاله با اندازه‌گیری جهت بردار میدان الکتریکی القایی، تابش رادیویی بهمن‌های هوایی را مطالعه کرده‌اند. بردار میدان الکتریکی تابش ژئومغناطیس از روی جهت محور اصلی بهمن هوایی و بردار میدان مغناطیسی زمین یافت می‌شود. مؤلفه‌ی دیگری از میدان الکتریکی که به صورت شعاعی از هسته‌ی بهمن هوایی (محل برخورد بهمن هوایی با زمین) دور می‌شود نیز وجود دارد که مربوط به مکانیسم بار اضافه است. اندازه‌گیری‌های دقیق پژوهشگران رصدخانه‌ی اوژه نشان می‌دهد که تابش رادیویی ناشی از فرآیند تابش ژئومغناطیسی بر تابش بار اضافه غالب است. به طور متوسط مقدار نسبی مؤلفه‌ی شعاعی، مربوط به مکانیسم بار اضافه، به مؤلفه‌ی القاشده توسط تابش ژئومغناطیس حدود ۱۴ درصد گزارش شده است. هرچند این نسبت کوچک است ولی وجود مکانیسم بار اضافه در تابش رادیویی را تایید می‌کند.

برای اطلاعات بیشتر راجع به فیزیک تابش رادیویی، نحوه‌ی دقیق ثبت داده، و مدل‌های نظری تابش می‌توانید به اصل مقاله رجوع کنید که اطلاعاتش در زیر آمده است.


عنوان اصلی مقاله:
Probing the radio emission from air showers with polarization measurements
نویسندگان:
Pierre Auger Collaboration
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی Physical Review D پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌ اصلی: http://arxiv.org/abs/1402.3677
گردآوری: آزاده کیوانی
دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

بازتاب‌ها

  1. نوترینوهای پرانرژی در رصدخانه‌ی IceCube | اسطرلاب (StarYab) ۱۲ خرداد, ۱۳۹۳، ۰۶:۵۳

    […] را قبلا به ترتیب در دو مقاله مربوط به رصدخانه هاک و رصدخانه پیراوژه بررسی […]

  2. میدان‌های مغناطیسی کهکشانی چه تأثیری بر پرتوهای کیهانی پرانرژی می‌گذارند؟ | اسطرلاب (StarYab) ۹ تیر, ۱۳۹۳، ۲۳:۲۲

    […] راجع به پرتوهای کیهانی پرانرژی در این مقاله توضیح داده‌ایم. باوجود این‌که بیش از صد سال از کشف این […]

  3. گوشی‌های هوشمند خود را تبدیل به تلسکوپ پرتوهای کیهانی کنید | اسطرلاب (StarYab) ۲ آبان, ۱۳۹۳، ۰۳:۴۲

    […] گرفته‌اند به رصد این ذرات ثانویه می‌پردازند؛ از جمله رصدخانه‌ی پیراوژه در آرژانتین و آرایه‌ی تلسکوپی در ایالت یوتا آمریکا. […]

دیدگاه‌ها

  1. hodjat
    hodjat ۵ اسفند, ۱۳۹۲، ۱۷:۰۹

    dast e shoma dard nakoneh ye motaa’le’h’ei to in zamineh ghablana daashtam ba in ettelaa’aat ki daadid b rooz tar shodim!

    پاسخ به این دیدگاه
  2. امیر
    امیر ۶ اسفند, ۱۳۹۲، ۰۲:۳۷

    پاراگراف آخر خیلی سخت بود نفهمیدم….

    پاسخ به این دیدگاه
    • staryab
      staryab ۶ اسفند, ۱۳۹۲، ۰۹:۱۸

      درست می‌گویید، برای فهمیدن پاراگراف آخر بهتر بود کمی پیش‌زمینه راجع به امواج رادیویی و فیزیک تابش داده می‌شد. به دلیل کوتاه نگه داشتن مطالب و راحت‌تر خوانده شدن آن، گاه برخی از مطالب، پیش‌زمینه‌ای در فیزیک و نجوم می‌طلبند. سعی می‌کنیم نوشته‌های بعدی را واضح‌تر بنویسیم. ممنون از پاسختون.

      پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*