بالون “دانشگاه شیکاگو” برای بررسی ذرات فضایی پرواز می‌کند

این پروژه موسوم به “EUSO-SPB2″، در جستجوی پیام‌رسان‌هایی در فضای بیرونی است. این پیام‌رسان‌ها، ذرات ریز و بسیار پرانرژی هستند که در مسیر خود از نقاط دیگر کیهان به زمین برخورد می‌کنند.

“آنجلا اولینتو”(Angela Olinto)، استاد نجوم و اخترفیزیک دانشگاه شیکاگو و سرپرست این پژوهش گفت: این پژوهش، گام مهمی برای حل کردن این معما است که ذرات از کجا می‌آیند و چگونه ساخته می‌شوند. این نمونه‌ها، ذراتی هستند که ما به سادگی نمی‌توانیم آنها را روی زمین ایجاد کنیم. بنابراین، ما باید از مسافران فضایی برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنها استفاده کنیم.

این ماموریت که ۲۸۰ پژوهشگر از ۱۳ کشور و ۷۷ موسسه در آن همکاری دارند، شامل دو دستگاه است. این دستگاه‌ها، به بالونی در ارتفاع بالا متصل می‌گردند که توسط ناسا به فضا پرتاب می‌شود. بالون و محموله آن در حال حاضر در مرحله ساخت و مونتاژ نهایی قرار دارند.

پروژه EUSO-SPB2 پس از تکمیل شدن، بر جریان‌های باد سوار خواهد شد، به جمع‌آوری داده‌ها خواهد پرداخت و مسیرهای باقیمانده از دو نوع ذره ورودی را جستجو خواهد کرد.

دو تلسکوپ، دو ذره

ماموریت EUSO-SPB2، دو تلسکوپ مختلف را حمل می‌کند زیرا قرار است به شناسایی دو نوع مختلف از ذراتی بپردازد که از فضا می‌آیند.

یک نوع از این ذرات، “پرتو کیهانی با انرژی فوق‌العاده بالا”(UHECR) نامیده می‌شوند؛ ذرات بارداری که در نقاط دیگر کیهان تا رسیدن به انرژی‌های بسیار بالا شتاب گرفته‌اند و گه‌گاه به جو زمین برخورد می‌کنند. این ذرات، فوق‌العاده قوی هستند و پرانرژی‌ترین ذراتی به شمار می‌روند که ما در جهان می‌شناسیم.

نوع دوم، “نوترینو”(Neutrino) است. این ذرات به ندرت با ماده تعامل دارند و همین دوری کردن، آنها را برای دانشمندان جالب می‌کند زیرا آنها می‌توانند حامل اطلاعاتی از نقاط دور کهکشان بدون تحریف شدن باشند. با وجود این، همین ویژگی، تشخیص آنها را در وهله اول بسیار دشوار می‌کند.

دانشمندان باور دارند که هر دوی این ذرات از بیرون راه شیری و حتی از کهکشان‌های دور می‌آیند اما هیچکس نتوانسته است آنها را ردیابی کند تا به منبع آنها در آسمان برسد. دانشمندان تمایل دارند منشا آنها را ردیابی کنند زیرا این اطلاعات می‌تواند به ما بگوید که این ذرات چگونه ساخته شده‌اند؛ توسط سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم یا برخورد دو ستاره نوترونی بزرگ به یکدیگر یا حتی یک برخورد شدید بین خوشه‌های کهکشانی. این ذرات می‌توانند اطلاعات مربوط به رویدادهایی در فاصله میلیون‌ها یا میلیاردها سال نوری را به ما منتقل کنند.

پروژه EUSO-SPB2 نمی‌تواند این ذرات را مستقیما شناسایی کند اما می‌تواند به دنبال نشانه‌های گویایی در جو بگردد زیرا نوترینوها و پرتوهای کیهانی، با مولکول‌های زمین و جو برخورد می‌کنند. هر دو دستگاه این پروژه به دنبال آثار این برخوردها هستند. یکی از آنها، نور فرابنفش تولیدشده توسط پرتوهای کیهانی را تشخیص می‌دهد که به مولکول‌های جو برخورد می‌کند و باران ذرات را به وجود می‌آورد. دیگری به دنبال نوع خاصی از تابش به نام “تابش چرنکوف”(Cherenkov radiation) است که پس از برخورد یک نوترینو به یک مولکول تولید می‌شود. این برخورد، یک “ذره تاو”(tau particle) را به فاصله دور می‌فرستد که سپس تجزیه می‌شود و بارانی از میلیاردها ذره ثانویه را تولید می‌کند که تابش چرنکوف را به وجود می‌آورند.

بیشتر آزمایش‌های پیشین که برای یافتن این ذرات انجام شده‌اند، روی زمین قرار دارند و جو را بررسی می‌کنند. پروژه EUSO-SPB2 در عوض، درست بالای جو قرار می‌گیرد و به پایین نگاه می‌کند. این روش، دید بسیار گسترده‌تری را در مورد آثار این برخوردها برای دستگاه‌ها فراهم می‌کند.

“ربکا دیزینگ”(Rebecca Diesing)، فیزیکدان دانشگاه شیکاگو که در ساخت یکی از دستگاه‌هایی که روی بالون سوار می‌شود، همکاری داشت، گفت: هرچه بتوان جو بیشتری را مشاهده کرد، بهتر است زیرا پرتوهای کیهانی با انرژی فوق‌العاده، بسیار نادر هستند.

همچنین، پروژه EUSO-SPB2 در حالی که چندین آشکارساز امواج گرانشی در حال کار کردن هستند، پرتاب خواهد شد. این رصدخانه‌ها برای گرفتن امواج در فضا-زمان طراحی شده‌اند که هنگام برخورد سیاه‌چاله‌ها یا ستاره‌های نوترونی منتشر می‌شوند. اگر آشکارسازهای امواج گرانشی چنین برخوردی را دریافت کنند، EUSO-SPB2 می‌تواند به اطراف بچرخد تا در پی آن به دنبال نوترینو بگردد.

قطعات پازل کنار هم قرار می‌گیرند

دانشمندان گفتند که حتی رسیدن به این فاصله نیز یک سفر بوده است. از آنجا که پیشتر چنین کاری انجام نشده بود، ده‌ها دانشمند و مهندس برای اطمینان از کارآیی دستگاه‌ها و بالون با هم کار کرده‌اند.

“یوهانس ایسر”(Johannes Eser)، دانشمند دانشگاه شیکاگو که از آغاز پروژه EUSO-SPB2 روی آن کار کرده است، توضیح داد: به عنوان مثال، ما باید موادی را انتخاب می‌کردیم که به اندازه کافی سبک باشند تا بالون بتواند آنها را حمل کند اما در عین حال، به اندازه‌ای قوی باشند که در برابر شوک پرتاب مقاومت کنند.

قطعات مختلف EUSO-SPB2 در موسسات سراسر جهان ساخته شده‌اند. برای مثال، “مؤسسه فناوری جورجیا”(Georgia Tech) در حال ساخت دوربین چرنکوف است و مؤسساتی در فرانسه و ایتالیا، دوربین فلورسانس ماوراءبنفش را ساخته‌اند. در همین حال، دانشگاه شیکاگو در حال ساخت چندین بخش دیگر است و همچنین شبیه‌سازی‌ها و نظارت بر پروژه را بر عهده دارد.

کل محموله در تابستان و پاییز سال جاری، در “مدرسه معادن کلرادو”(Colorado School of Mines) مونتاژ می‌شود. سپس برای آزمایش آویزان شدن، به تاسیسات ناسا فرستاده می‌شود تا اطمینان حاصل گردد که کل دستگاه در کنار هم قرار می‌گیرد و وقتی از بالون آویزان می‌شود، به خوبی کار می‌کند. در نهایت، پروژه برای راه‌اندازی به نیوزیلند می‌رود که برای بهار ۲۰۲۳ برنامه‌ریزی شده است.

اگر EUSO-SPB2 کار کند، ثابت خواهد کرد که تشخیص مبتنی بر فضا برای این ذرات امکان‌پذیر است. اولینتو امیدوار است که بتواند برای ماموریت‌های بعدی، از جمله ماموریتی که روی ماهواره‌ای به دور زمین می‌چرخد و ذرات را ردیابی می‌کند، اثبات مفهومی را ارائه دهد.

وی افزود: ما در حال آماده شدن برای آینده‌ای هستیم که در آن قادر خواهیم بود تعداد زیادی از این ذرات را شناسایی کنیم و اطلاعاتی را در مورد مقدار قابل توجهی از آنها به دست آوریم اما ابتدا باید این فناوری را بسیار فراتر ببریم.