مشاهده تپ اختر های پرتو گاما پیش از رخداد صاعقه
پژوهشگران ژاپنی دریافته‌اند که به فاصله‌ی چندصد میلی‌ثانیه پیش از رخداد هر آذرخشی، گسیل پرتوهای گاما افزایش می‌یابد.
تاکنون
بهترین پژوهش‌ها درباره‌ی پرتوهای گامایی که در دقایقی پیش از رخداد
آذرخش تولید می‌شوند را فیزیک‌دانان ژاپنی انجام داده‌اند. علاوه‌براین،
این گروهی پژوهشی برای نخستین‌بار فرآیند گسیل پرتوی گاما را مشاهده کرده
است، که به صورتی ناگهانی و درست در کسری از ثانیه پیش از لحظه‌ی رخداد
آذرخش، پایان یافته است. این یافته‌ها داده‌های مهمی درباره‌ی
شتاب‌دهنده‌های جوی به دست می‌دهد که در فرآیند تولید پرتوهای گاما و
آذرخشی که ما در آسمان می‌بینیم، نقش دارند.
مدتی‌ست فیزیک‌دانان می‌دانند که گاهی به هنگام روشن‌شدن جرقه‌های آذرخش، پرتوهای گاما نیز تولید می‌شوند. درواقع در طول 30 سال گذشته، گسیل تپ‌هایی از پرتو گاما از ابرهای تُندری مشاهده شده که طول مدت این پالس‌ها بین چند میلی‌ثانیه و چند دقیقه متغیر بوده است. بیش‌تر پژوهشگران بر این باورند که دو گونه انفجار گاما وجود دارد: انفجارهایی که طول مدت آن‌ها بسیار کوتاه بوده اما انرژی انفجار بیش‌تر است و هم‌زمان با آذرخش رخ می‌دهد، و نیز انفجارهایی با مدت‌زمان بیش‌تر و انرژی کم‌تر که گاهی هیچ آذرخشی در پی ندارند. گرچه تصور بر این است که هر دو گونه‌ی این انفجارها هنگامی رخ می‌دهند که ذرات باردار، توسط میدان‌های الکتریکی بسیار قوی که در ابرهای تندری تولید می‌شود، شتاب می‌گیرند. اما سازوکار یا سازوکارهای دقیقی که در ساخت این انفجارها نقش دارند هنوز هم‌چون رازی باقی مانده‌اند.
اول گسیل پرتوهای گاما، سپس رخداد آذرخش
در سال 2010 آزمایشی با عنوان «رصد پرتوهای گاما از ابرهای تندری زمستانی (به اختصار GROWTH)» در نیروگاه هسته‌ای Kashiwazaki-Kariwa
انجام شد. این آزمایش شامل چندین آشکارساز پرتو گامای متفاوت بود که هر یک
از آشکارسازها، با یک آشکارساز پلاستیک جفت شده و با هم کار می‌کردند.
وجود آشکارسازهای پلاستیک این اطمینان را می‌داد که ذرات بارداری هم‌چون
میون‌ها، با پرتو گاما اشتباه گرفته نمی‌شوند. این سامانه پرتوهای گامایی
آشکارسازی کرد که انرژی آن‌ها بین 40 کیلوالکترون‌ولت (40 keV) و 30 مگاالکترون‌ولت (30 MeV) بود. در آخرین پژوهش، هاروفومی سوشیا (Harufumi Tsuchiya) از آزمایش‌گاه اخترفیزیک انرژی‌های بالای RIKEN به همراه هم‌کارانش از چندین موسسه‌ی پژوهشی دیگر، داده‌های گردآوری شده در آزمایش GROWTH را بررسی کردند.
یک شب طوفانی
در ساعت 9:30 عصر روز 30 دسامبر سال 2010 اعضای این گروه پژوهشی دریافتند که نرخ آشکارسازی پرتوهای گاما در آزمایش GROWTH افزایش یافته است. در طول سه دقیقه پس از آن، شیوه‌ی افزایش این نرخ چنان بود که با مشاهده‌های پیشین درباره‌ی طولانی‌تر شدن گسیل پرتوهای گاما از ابرهای تندری، هم‌خوانی داشت. اما درست در لحظه‌ای که آشکارسازهای اپتیکی موجود در آزمایش، رخداد آذرخش را به ثبت رساندند، به صورت ناگهانی و در مدت 800 میلی‌ثانیه، نرخ آشکارسازی پرتو گاما کاهش یافته و به میزان پس‌زمینه و همیشگی خود رسید.
این انفجارها درست یک ثانیه پیش از رخداد آذرخش پایان گرفت و این به خودیِ خود، یک هم‌خوانی باورنکردنی را به نمایش می‌گذاشت، گویی این دو پدیده به یک‌دیگر پیوند خورده‌اند. بازبینی داده‌های ثبت‌شده‌ی هواشناسی نیز نشان داد که به هنگام ثبت این رخداد، تا شعاع 5 کیلومتری محل انجام آزمایش هیچ جرقه‌ی آذرخشِ دیگری مشاهده نشده است. اعضای این گروه هم‌چنین دریافتند که هم‌زمان با دگرگون‌شدنِ تپ‌های گاما در طول زمان، میانگین انرژی پرتوهای گاما نیز افزایش یافته است. به عنوان نمونه در پالس‌های دریافتی، شمار فوتون‌هایی که انرژی آن‌ها بیش از 10 MeV بوده، به مدت دو دقیقه در حال افزایش بوده است.
ناحیه‌ای کوچک برای شتاب‌گیری ذرات
این گروه پژوهشی به دلیل بهره‌گرفتن از چندین آشکارساز، توانایی آن را داشتند که محل تشکیل پرتوهای گاما را نیز شناسایی کنند. آن‌ها دریافتند که فوتون‌هایی که انرژی‌شان بیش از 10 MeV است در ناحیه‌ای به گستردگی 180 متر درون ابرهای تندری تشکیل می‌شوند. این یافته نشان می‌دهد که تشکیل پرتوهای گاما در ناحیه‌ای صورت می‌گیرد که گستردگی آن نسبت به ابعاد خودِ ابر، نسبتاً کوچک است. به علاوه تاخیر 800 میلی‌ثانیه‌ای که میان لحظه‌ی پایان‌یافتن تپ‌های پرتو گاما و رخداد آذرخش وجود دارد، حاکی از آن است که آذرخش از نقطه‌ای کمی دورتر از محل شتاب‌گیری ذرات، سرچشمه می‌گیرد. گرچه سازوکاری که شتاب‌گیری ذرات و گسیل پرتوهای گاما را به رخداد آذرخش مربوط می‌کند، هنوز ناشناخته است.
منبع:PSI
