Uahigh-Energy ذرات کا کائناتی نقشہ طویل عرصے سے چھپے ہوئے خزانوں کی طرف اشارہ کرتا ہے

کنیا سے پیدا ہونے والی کائناتی شعاعیں کہکشاں کی گھماؤ والی فیلڈ لائنوں میں اس طرح جھکتی ہیں کہ وہ ہمیں کینس میجر کی سمت سے ٹکراتی ہیں، جہاں اوجر اپنے اضافی مرکز کو دیکھتا ہے۔ محققین نے تجزیہ کیا کہ مختلف توانائیوں کی کائناتی شعاعوں کے نتیجے میں پیدا ہونے والا نمونہ کیسے بدلے گا۔ انہوں نے مستقل طور پر Auger کے ڈیٹا کے مختلف ذیلی سیٹوں کے ساتھ قریبی میچ پایا۔

الٹرا ہائی انرجی کائناتی شعاعوں کی ابتدا کا محققین کا "مسلسل ماڈل" ایک سادگی ہے — مادے کا ہر ٹکڑا انتہائی اعلیٰ توانائی والی کائناتی شعاعوں کا اخراج نہیں کرتا ہے۔ لیکن اس کی شاندار کامیابی سے پتہ چلتا ہے کہ شعاعوں کے اصل ذرائع وافر ہیں اور بڑے پیمانے پر ساخت کا سراغ لگاتے ہوئے تمام مادے میں یکساں طور پر پھیلے ہوئے ہیں۔ دی مطالعہ، جو اس میں ظاہر ہوگا۔ فلکیاتی جریدے کے خط، نے بڑے پیمانے پر تعریف حاصل کی ہے۔ "یہ واقعی ایک شاندار قدم ہے،" واٹسن نے کہا۔

فوری طور پر، کچھ اسٹاک میں اضافہ ہوا ہے: خاص طور پر، تین قسم کی امیدوار اشیاء جو برہمانڈ میں نسبتاً عام ہونے کی سوئی کو تھریڈ کرتی ہیں لیکن اوہ مائی گاڈ کے ذرات حاصل کرنے کے لیے ممکنہ طور پر کافی خاص ہیں۔

Icarus ستارے۔

2008 میں، فارر اور ایک شریک مصنف مجوزہ وہ تباہی جسے سمندری خلل کے واقعات (TDEs) کہتے ہیں انتہائی اعلیٰ توانائی والی کائناتی شعاعوں کا ذریعہ ہو سکتا ہے۔

TDE اس وقت ہوتا ہے جب ایک ستارہ ایک Icarus کو کھینچتا ہے اور ایک زبردست بلیک ہول کے بہت قریب پہنچ جاتا ہے۔ ستارے کا اگلا حصہ اس کی پیٹھ سے زیادہ کشش ثقل محسوس کرتا ہے کہ ستارہ پھٹ جاتا ہے اور کھائی میں گھوم جاتا ہے۔ گھومنا تقریباً ایک سال تک رہتا ہے۔ جب تک یہ جاری رہتا ہے، مواد کے دو جیٹ طیارے - منقطع ستارے کے ذیلی ایٹمی ٹکڑے - بلیک ہول سے مخالف سمتوں میں نکلتے ہیں۔ ان شہتیروں میں شاک لہریں اور مقناطیسی میدان پھر خلاء میں پھینکنے سے پہلے نیوکلی کو انتہائی اونچی توانائی تک تیز کرنے کی سازش کر سکتے ہیں۔

سمندری خلل کے واقعات ہر کہکشاں میں ہر 100,000 سال میں تقریبا ایک بار ہوتے ہیں، جو ہر وقت ہر جگہ رونما ہونے کے کائناتی برابر ہے۔ چونکہ کہکشائیں مادے کی تقسیم کا پتہ لگاتی ہیں، اس لیے TDEs ڈنگ، گلوبس اور فارر کے مسلسل ماڈل کی کامیابی کی وضاحت کر سکتے ہیں۔

مزید یہ کہ، TDE کا نسبتاً مختصر فلیش دیگر پہیلیاں حل کرتا ہے۔ جب تک ایک TDE کی کائناتی شعاع ہم تک پہنچے گی، TDE ہزاروں سالوں سے تاریک ہو چکا ہو گا۔ ایک ہی TDE سے دیگر کائناتی شعاعیں الگ مڑی ہوئی راہیں لے سکتی ہیں۔ کچھ شاید صدیوں تک نہ پہنچیں۔ ٹی ڈی ای کی عارضی نوعیت اس بات کی وضاحت کر سکتی ہے کہ کائناتی شعاعوں کی آمد کی سمتوں میں اتنا کم نمونہ کیوں نظر آتا ہے، جس کا معلوم اشیاء کی پوزیشنوں سے کوئی مضبوط تعلق نہیں ہے۔ فارر نے کرنوں کی ابتدا کے بارے میں کہا، "میں اب یہ ماننے کے لیے مائل ہوں کہ وہ عارضی ہیں، زیادہ تر۔"

TDE کے مفروضے کو حال ہی میں ایک مشاہدے سے ایک اور فروغ ملا میں رپورٹ کیا فطرت کے انتشار فروری میں.

رابرٹ اسٹونکاغذ کے مصنفین میں سے ایک، اکتوبر 2019 میں کیلیفورنیا میں Zwicky Transient Factory کے نام سے ایک دوربین چلا رہا تھا جب انٹارکٹیکا میں IceCube نیوٹرینو آبزرویٹری سے ایک الرٹ آیا۔ آئس کیوب نے خاص طور پر توانائی بخش نیوٹرینو دیکھا تھا۔ اعلی توانائی والے نیوٹرینو اس وقت پیدا ہوتے ہیں جب اس سے بھی زیادہ توانائی والی کائناتی شعاعیں روشنی یا مادے کو اس ماحول میں بکھیر دیتی ہیں جہاں وہ تخلیق ہوتی ہیں۔ خوش قسمتی سے، نیوٹرینو، غیر جانبدار ہونے کی وجہ سے، ہماری طرف سیدھی لکیروں میں سفر کرتے ہیں، اس لیے وہ براہ راست اپنے پیرنٹ کائناتی شعاع کے ماخذ کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔

سٹین نے دوربین کو IceCube کے نیوٹرینو کی آمد کی سمت میں گھمایا۔ انہوں نے کہا کہ "ہم نے فوری طور پر دیکھا کہ نیوٹرینو جس مقام سے آیا تھا وہاں سے سمندری خلل واقع ہوا تھا۔"

خط و کتابت اس بات کا زیادہ امکان بناتی ہے کہ TDEs انتہائی اعلیٰ توانائی والی کائناتی شعاعوں کا کم از کم ایک ذریعہ ہیں۔ تاہم، نیوٹرینو کی توانائی شاید یہ ثابت کرنے کے لیے بہت کم تھی کہ TDEs بہت زیادہ توانائی کی شعاعیں پیدا کرتے ہیں۔ کچھ محققین سختی سے سوال کرتے ہیں کہ آیا یہ عارضی طور پر مشاہدہ شدہ توانائی سپیکٹرم کے انتہائی سرے تک نیوکلی کو تیز کر سکتے ہیں۔ تھیوریسٹ ابھی تک اس بات کی کھوج کر رہے ہیں کہ واقعات پہلی جگہ ذرات کو کیسے تیز کر سکتے ہیں۔

دریں اثنا، دیگر حقائق نے کچھ محققین کی توجہ کسی اور طرف موڑ دی ہے۔

سٹاربرسٹ سپر ونڈز

کائناتی شعاعوں کی رصد گاہوں جیسے کہ Auger اور Telescope Array نے بھی چند گرم مقامات تلاش کیے ہیں - بہت زیادہ توانائی والی کائناتی شعاعوں کی آمد کی سمتوں میں چھوٹے، لطیف ارتکاز۔ 2018 میں، Auger شائع یہاں کے چند سو ملین نوری سال کے اندر فلکی طبیعی اشیاء کے مقامات سے اس کے گرم مقامات کے موازنہ کے نتائج۔ (دور سے آنے والی کائناتی شعاعیں درمیانی سفر کے تصادم میں بہت زیادہ توانائی کھو دیں گی۔)

باہمی ربط کے مقابلے میں، کسی بھی قسم کی چیز نے غیر معمولی طور پر اچھی کارکردگی کا مظاہرہ نہیں کیا - قابل فہم طور پر، انحطاط کائناتی شعاعوں کے تجربے کے پیش نظر۔ لیکن سب سے مضبوط ارتباط نے بہت سے ماہرین کو حیران کر دیا: تقریباً 10% شعاعیں نام نہاد "سٹاربرسٹ کہکشاؤں" کی سمتوں کے 13 ڈگری کے اندر سے آتی ہیں۔ "وہ اصل میں میری پلیٹ میں نہیں تھے،" کہا مائیکل انگر کارلسروہے انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کا، اوجر ٹیم کا ایک رکن۔

اس سے زیادہ پرجوش کوئی نہیں تھا۔ لوئس اینکرڈوکیسٹی یونیورسٹی آف نیو یارک کے لیہمن کالج میں ماہر فلکیات، جنہوں نے مجوزہ 1999 میں انتہائی اعلی توانائی والی کائناتی شعاعوں کی اصل کے طور پر ستارہ برسٹ کہکشائیں۔ "میں ان چیزوں کے بارے میں ایک طرح سے متعصب ہو سکتا ہوں کیونکہ میں ہی وہ ماڈل تجویز کر رہا تھا جس کی طرف اب ڈیٹا اشارہ کر رہا ہے،" انہوں نے کہا۔

اسٹاربرسٹ کہکشائیں مسلسل بہت سارے بڑے ستارے تیار کرتی ہیں۔ بڑے ستارے سپرنووا دھماکوں اور اینکرڈوکی میں تیزی سے زندہ رہتے ہیں اور جوان ہو کر مر جاتے ہیں۔ دلیل ہے کہ "سپر ونڈ" تمام سپر نواس کی اجتماعی جھٹکا لہروں سے تشکیل پاتا ہے جو کائناتی شعاعوں کو دماغی شعاعوں کو تیز کرتا ہے جس کا ہم پتہ لگاتے ہیں۔

ہر کسی کو یقین نہیں ہے کہ یہ طریقہ کار کام کرے گا۔ سوال یہ ہے کہ یہ جھٹکے کتنے تیز ہیں؟ کہا فرینک ریگرہائیڈلبرگ یونیورسٹی میں ماہر فلکیات۔ "کیا مجھے توقع کرنی چاہئے کہ وہ سب سے زیادہ توانائیاں حاصل کریں گے؟ اس وقت مجھے اس پر شک ہے۔‘‘

دوسرے محققین کا استدلال ہے کہ ستارہ برسٹ کہکشاؤں کے اندر موجود اشیاء کائناتی شعاعوں کے سرعت کار کے طور پر کام کر رہی ہیں، اور یہ کہ باہمی ربط کا مطالعہ صرف ان دیگر اشیاء کی کثرت کو حاصل کر رہا ہے۔ فارر نے کہا، "ایک ایسے شخص کے طور پر جو عارضی واقعات کو قدرتی ماخذ کے طور پر سوچتا ہے، وہ ستارے برسٹ کہکشاؤں میں بہت زیادہ افزودہ ہوتے ہیں، اس لیے مجھے کوئی پریشانی نہیں ہوتی،" فارر نے کہا۔

فعال کہکشاں

باہمی ربط کے مطالعے میں، ایک اور قسم کی چیز نے تقریباً لیکن بالکل نہیں بلکہ ستارہ برسٹ کہکشاؤں کی کارکردگی کا مظاہرہ کیا: ایسی اشیاء جنہیں فعال کہکشاں مرکزے، یا AGNs کہا جاتا ہے۔

AGNs "فعال" کہکشاؤں کے سفید گرم مراکز ہیں، جن میں پلازما مرکزی سپر ماسیو بلیک ہول کو گھیر لیتا ہے۔ بلیک ہول بہت زیادہ، دیرپا جیٹ طیاروں کی شوٹنگ کے دوران پلازما کو چوس لیتا ہے۔

خاص طور پر روشن سب سیٹ کے اعلیٰ طاقت والے ارکان جسے "ریڈیو لاؤڈ" AGNs کہا جاتا ہے، کائنات میں سب سے زیادہ چمکدار مستقل آبجیکٹ ہیں، اس لیے وہ طویل عرصے سے انتہائی اعلیٰ توانائی والی کائناتی شعاعوں کے ماخذ کے لیے امیدواروں کی قیادت کر رہے ہیں۔

تاہم، یہ طاقتور ریڈیو لاؤڈ AGNs کائنات میں ڈنگ، گلوبس اور فارار ٹیسٹ پاس کرنے کے لیے بہت کم ہیں: وہ ممکنہ طور پر بڑے پیمانے پر ڈھانچے کے لیے ٹریسر نہیں ہو سکتے۔ درحقیقت، ہمارے کائناتی پڑوس میں، تقریباً کوئی نہیں ہے۔ "وہ اچھے ذرائع ہیں لیکن ہمارے گھر کے پچھواڑے میں نہیں،" ریجر نے کہا۔

کم طاقتور ریڈیو لاؤڈ AGN زیادہ عام ہیں اور ممکنہ طور پر مسلسل ماڈل سے مشابہت رکھتے ہیں۔ سینٹورس اے، مثال کے طور پر، قریب ترین ریڈیو لاؤڈ AGN، Auger آبزرویٹری کے سب سے نمایاں ہاٹ اسپاٹ پر بالکل ٹھیک بیٹھا ہے۔ (اسی طرح ایک ستارہ برسٹ کہکشاں بھی کرتا ہے۔)

ایک طویل عرصے تک ریجر اور دیگر ماہرین نے سنجیدگی سے کم طاقت والے AGN حاصل کرنے کے لیے جدوجہد کی تاکہ پروٹون کو اوہ مائی گاڈ پارٹیکل کی سطح تک تیز کیا جا سکے۔ لیکن ایک حالیہ دریافت نے انہیں "کھیل میں واپس لایا ہے،" انہوں نے کہا۔

ماہرین فلکیات طویل عرصے سے جانتے ہیں کہ تمام کائناتی شعاعوں میں سے تقریباً 90% پروٹون ہیں (یعنی ہائیڈروجن نیوکلی)؛ دیگر 9% ہیلیم نیوکلی ہیں۔ شعاعیں بھاری نیوکلیائی ہو سکتی ہیں جیسے آکسیجن یا یہاں تک کہ آئرن، لیکن ماہرین نے طویل عرصے سے یہ خیال کیا تھا کہ یہ الٹرا ہائی انرجی کائناتی شعاعوں کو تیز کرنے کے لیے درکار پرتشدد عمل سے پھٹ جائیں گی۔

پھر، اندر حیران کن نتائج 2010 کی دہائی کے اوائل میں، Auger آبزرویٹری کے سائنسدانوں نے ہوا کی بارشوں کی شکلوں سے اندازہ لگایا کہ الٹرا ہائی انرجی شعاعیں زیادہ تر درمیانی وزن کے مرکزے ہیں، جیسے کاربن، نائٹروجن اور سلکان۔ یہ نیوکللی کم رفتار سے سفر کرتے ہوئے پروٹون جیسی توانائی حاصل کریں گے۔ اور اس کے نتیجے میں، یہ تصور کرنا آسان ہو جاتا ہے کہ کوئی بھی امیدوار کاسمک ایکسلریٹر کیسے کام کر سکتا ہے۔

مثال کے طور پر، Rieger ایک میکانزم کی نشاندہی کی ہے۔ جو کہ کم طاقت والے AGNs کو بھاری کائناتی شعاعوں کو انتہائی بلند توانائیوں تک تیز کرنے کی اجازت دے گا: ایک ذرہ AGN کے جیٹ میں ایک طرف سے دوسری طرف بڑھ سکتا ہے، جب بھی یہ بہاؤ کے تیز ترین حصے میں دوبارہ داخل ہوتا ہے تو اسے لات ماری جاتی ہے۔ "اس صورت میں وہ محسوس کرتے ہیں کہ وہ کم طاقت والے ریڈیو ذرائع سے ایسا کر سکتے ہیں،" ریجر نے کہا۔ "وہ ہمارے گھر کے پچھواڑے میں بہت زیادہ ہوں گے۔"

ایک اور کاغذ دریافت کیا کہ آیا سمندری خلل کے واقعات قدرتی طور پر درمیانے وزن کے مرکزے کو پیدا کریں گے۔ "جواب یہ ہے کہ ایسا ہو سکتا ہے اگر خلل پڑنے والے ستارے سفید بونے ہوں،" کہا سیسلیا لونارڈینی۔، ایریزونا اسٹیٹ یونیورسٹی کے ایک فلکیاتی طبیعیات دان ہیں جنہوں نے اس مقالے کو شریک تصنیف کیا۔ "سفید بونوں میں اس قسم کی ساخت ہوتی ہے - کاربن، نائٹروجن۔" بلاشبہ، TDEs کسی بھی "بدقسمتی ستارے کے ساتھ ہو سکتا ہے،" Lunardini نے کہا۔ "لیکن یہاں بہت سارے سفید بونے ہیں، اس لیے میں اسے بہت زیادہ من گھڑت چیز کے طور پر نہیں دیکھتا۔"

محققین سب سے زیادہ توانائی والی کائناتی شعاعوں کے بھاری پہلو پر ہونے کے مضمرات کو تلاش کرتے رہتے ہیں۔ لیکن وہ اس بات سے اتفاق کر سکتے ہیں کہ اس سے یہ مسئلہ پیدا ہو جاتا ہے کہ انہیں کس طرح تیز کیا جائے۔ "اعلی توانائی کی طرف بھاری ساخت چیزوں کو بہت زیادہ آرام دیتی ہے،" ریجر نے کہا۔

ابتدائی ذریعہ

جیسے جیسے امیدواروں کے سرعت کاروں کی مختصر فہرست کرسٹلائز ہوتی جائے گی، صحیح جواب کی تلاش نئے مشاہدات کے ذریعے جاری رہے گی۔ ہر کوئی AugerPrime کے لیے پرجوش ہے، ایک اپ گریڈ شدہ آبزرویٹری۔ اس سال کے آخر میں، یہ مجموعی ساخت کا اندازہ لگانے کے بجائے، ہر انفرادی کائناتی شعاع کے واقعے کی ساخت کی شناخت کرے گا۔ اس طرح، محققین پروٹانوں کو الگ تھلگ کر سکتے ہیں، جو زمین پر اپنے راستے میں کم سے کم انحراف کرتے ہیں، اور انفرادی ذرائع کی شناخت کے لیے ان کی آمد کی سمتوں کو پیچھے دیکھ سکتے ہیں۔ (یہ ذرائع ممکنہ طور پر بھاری نیوکللی بھی پیدا کریں گے۔)

بہت سے ماہرین کو شبہ ہے کہ ذرائع کا ایک مرکب الٹرا ہائی انرجی کاسمک رے سپیکٹرم میں حصہ ڈال سکتا ہے۔ لیکن وہ عام طور پر توقع کرتے ہیں کہ ایک ذریعہ قسم کا غلبہ ہوگا، اور صرف ایک ہی سپیکٹرم کے انتہائی سرے تک پہنچ جائے گا۔ "میرا پیسہ اس پر ہے کہ یہ صرف ایک ہے،" انگر نے کہا۔

ایڈیٹر کا نوٹ: Noémie Globus اس وقت جمہوریہ چیک میں ELI Beamlines اور نیویارک میں Flatiron Institute سے وابستہ ہے۔ فلیٹیرون انسٹی ٹیوٹ کو سائمنز فاؤنڈیشن کے ذریعے مالی اعانت فراہم کی جاتی ہے، جو اس ادارتی طور پر آزاد میگزین کو بھی فنڈ فراہم کرتی ہے۔ سائمن فاؤنڈیشن سے وابستگی ہماری کوریج پر کوئی اثر نہیں ہے۔.

ماخذ: https://www.quantamagazine.org/high-energy-cosmic-ray-sources-mapped-out-for-the-first-time-20210427/