عالم هستی سبک‌تر شد

گروهی از پژوهشگران دانشگاه آلاباما (UAH) که با کشف قسمت عمده‌ی «جرم گم‌شده» فرضیه‌ی آن را پایه‌گذاری کردند، اکنون دریافته‌اند که احتمالاً مقداری اشعه ایکس که تصور می‌شد از گازهای داغ موجود در ابرهای میان کهکشانی ساتع می‌شوند، ناشی از الکترون‌ها است؛ الکترون‌هایی سبک‌وزن که نسبت به اتم‌ها جرم ناچیزی دارند.

کهکشان گرداب به همراه غبار و ستارگانش، مکانی پرجرم در عالم که مرکز داغ آن، گسیل‌کننده‌ی پرتوهای ایکس است (منبع)

دکتر ماکس بنامنت (Dr. Max Bonamente) از گروه فیزیک دانشگاه آلاباما می‌گوید: «این بدان معنی است که جرم ابرهای ساتع‌کننده‌ی اشعه‌ی ایکس، بسیار کمتر از چیزی است که ابتدا تصور می‌شد.»

او می‌افزاید: «بخش عمده‌ای از چیزی که ما جرم گم‌شده تصور می‌کردیم به این «نسبتاً» الکترون‌ها تبدیل شده است. به این دلیل می‌گوییم «نسبتاً الکترون» که این الکترون‌ها با سرعتی نزدیک نور حرکت می‌کنند و با فوتون‌های ریزموج (مایکروویو) پس‌زمینه‌ی کیهان برخورد کرده‌اند و در اثر تصادم، فوتون‌های کم‌انرژی ریز موج‌ها به اشعه‌ی ایکس پرانرژی تبدیل شده‌اند.» («ریز موج» یا «مایکرو ویو» به امواج الکترومغناطیسی با طول موجی کمتر از امواج رادیویی و بیشتر از امواج فروسرخ اطلاق می‌شود)

این موضوع زمانی کشف شد که محققان در تلاش برای تجزیه و تحلیل ترکیبات گازهای داغ ساتع‌کننده‌ی اشعه ایکس واقع در مرکز خوشه‌های کهکشانی (بزرگ‌ترین ساختارهای فضایی در عالم) بودند.

در سال ۲۰۰۲ گروه دانشگاه آلاباما دریافتند که مقادیر عظیمی از اشعه‌ی ایکس «نرم» (یا نسبتآ کم‌انرژی) از فضای وسیعی در میان خوشه‌های کهکشانی ساتع می‌شود. پیش‌تر نیز در همان منطقه گازهای داغ گسیل‌کننده‌ی پرتوهای ایکس پرانرژی یا «سخت» کشف شده بود.

گذشته از این عقیده بر این بود که اتم‌های ساتع کننده‌ی اشعه‌ی ایکس نرم، کمتر در فضا گسترده می‌شوند (کمتر از یک اتم در هر متر مکعب) به احتمال زیاد میلیاردها میلیارد «سال نوری مکعب» (واحد حجم فضایی، برابر مکعبی به ضلع یک سال نوری) توسط آن‌ها اشغال شده است. همچنین جرم متراکم آن‌ها بیش از ۱۰ درصد جرم و جاذبه‌ی مورد نیاز برای در کنار هم نگه داشتن کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی و احتمالاْ خود کیهان تخمین زده می‌شد.

کره‌ی ماه در نمای پرتوی ایکس (منبع)

وقتی محققان بر روی اطلاعات جمع‌آوری شده از یک خوشه‌ی کهکشانی واقع در آسمان جنوبی توسط چند ابزار ماهواره‌ای همچون تلسکوپ فضایی اشعه‌ی ایکس «چاندرا» (Chandra) کار می‌کردند، دریافتند که انرژی حاصل از پرتوهای ایکس نرم، آن طوری که باید، به نظر نمی‌رسند.

دکتر بنامنت می‌گوید: «ما هرگز قادر به کشف خطوط تابشی مرئی در ارتباط با آن یافته‌ها نبودیم.» او اضافه می‌کند: «اگر این جهش در اطلاعات دریافتی مربوط به گازهای سردتر بود، در آن صورت دارای خطوط تابشی می‌بود.»

بهترین و منطقی‌ترین تفسیر برای این موضوع این است که انرژی فراوان کشف شده، در عوض این که از اتم‌ها و یون‌های داغ ناشی شود، از برخورد الکترون‌ها با فوتون‌ها حاصل گردد؛ که در این صورت، آن‌ها دارای خطوط تابشی قابل تشخیص خواهند بود.

دکتر بنامنت کشف این الکترون‌ها را همانند «پیدا کردن نوک کوه یخ» می‌داند: «یافت این الکترون‌ها مانند کشف نوک کوه یخ است. زیرا آن‌ها فقط محدود به تشعشع پرتوهای ایکس نرم نیستند. این الکترون‌ها همچنین اشعه‌ی ایکس سخت را نیز - که قبلاً یافت شده بود - گسیل می‌دارند که باعث کاهش مقدار جرم سازنده‌ی گازهای داغ مرکز خوشه‌های کهکشانی می‌شود.»

پرتوهای ایکسی که از خوشه‌های کهکشانی گسیل می‌گردد، دارای خطوط تابشی است که به طور خاصی اطراف عنصر آهن و دیگر عناصر موجود پخش گردیده است. اشعه‌های ایکس غیرحرارتی حاصل از برخورد الکترون‌ها و فوتون‌ها ممکن است مانع دیده شدن خطوط تابشی شوند.

دکتر بنامنت در انتها اضافه می‌کند: «این کشف به ما این نکته را نشان می‌دهد که آهن و دیگر عناصر، کمی بیشتر از آن چه پیش از این تصور می‌کردیم در کیهان وجود دارند؛ در حقیقت جرمی کمتر، اما عناصری فراوان‌تر در عالم وجود دارند.»

اولین تصویر اشعه‌ی ایکس؛ دست و حلقه‌ی همسر رونتگن (منبع)

اشعه‌ی ایکس:
این اشعه در سال ۱۸۹۶ میلادی توسط ویلهلم کنراد رونتگن (Wilhelm Conrad Rontgen) فیزیک‌دان آلمانی کشف شد. او در حالی که مشغول آزمایش با اشعه‌ی کاتدیک توسط لوله‌ی آزمایش بود، متوجه نوری غیر عادی شد که از لوله‌ی آزمایش خارج می‌شد.

وی دریافت که بر روی یک ورق کاغذ پوشیده از عنصر باریم که به فاصله‌ی نسبتآ زیادی از لوله‌ی آزمایش قرار داشت، نوری ناشناخته می‌درخشد و حتی موقعی که با قطعه مقوایی مانع اشعه شد، دوباره مشاهده کرد که نور خارج شده صفحه را روشن می‌کند.

او همچنین متوجه شد که هنگامی که لوله‌ی آزمایش را به کار نمی‌گیرد، اشعه را نیز مشاهده نمی‌کند. در ادامه رونتگن تصویر دست همسرش را توسط این اشعه به دست آورد و مشاهده کرد که استخوان‌ها و بافت‌های نرم از یکدیگر قابل تشخیص هستند. او بیشترین اثر این اشعه را هنگامی که حلقه‌ی همسرش را در تصویر مشاهده کرد، دریافت.

این اشعه پیش از رونتگن توسط دانشمندان دیگری چون تامسون نیز مشاهده شده بود؛ اما به آن اهمیتی نداده بودند. رونتگن این اشعه را که ماهیتش را نمی‌دانست اشعه‌ی ایکس (X) یا مجهول نامید. دانشمندان این اشعه را به احترام رونتگن، اشعه‌ی رونتگن نیز می‌نامند.

عکس اشعه ایکس (رادیوگرافی) از ناحیه‌ی سر (منبع)

از سه حالت معمول اشعه‌ی ایکس یعنی سخت یا پرانرژی (Hard) نرم یا کم‌انرژی (Soft) و خیلی سخت یا بسیار پرانرژی (Extra Hard) در پزشکی و صنعت استفاده می‌شود. از اشعه‌ی ایکس نرم برای کاربرد‌های تشخیصی در پزشکی و اشعه‌ی ایکس خیلی سخت برای درمان استفاده می‌گردد. در صنعت نیز از پرتوهای ایکس برای تشخیص وجود ترک، شکستگی و حباب‌های ریز هوا در محصولات استفاده می‌شود.

اشعه‌ی ایکس دریافتی از کهکشان‌ها و فضای دوردست برای تشخیص ستاره‌های نوترونی و سیاهچاله‌ها استفاده می‌شود. دیگر کاربرد اشعه‌ی ایکس در فضا برای عکس‌برداری از اجرام فضایی است. امروزه دستگاه‌های اشعه‌ی ایکس در فرودگاه‌ها و مکان‌های حساس امنیتی برای مشاهده‌ی درون اشیاء و مرسولات کاربرد فراوانی دارند.

‌ ‌

برگرفته از: ساینس دیلی