كيلونوفا الجديدة جعلت علماء الفلك يعيدون التفكير فيما نعرفه عن انفجارات أشعة جاما

قبل عام ، اكتشف علماء الفلك انفجارًا قويًا لأشعة جاما (GRB) استمر قرابة دقيقتين ، وأطلق عليه اسم GRB 211211A. الآن هذا الحدث غير العادي يقلب الافتراض طويل الأمد بأن GRBs الأطول هي التوقيع المميز لنجم ضخم يتحول إلى مستعر أعظم. وبدلاً من ذلك ، حدد فريقان مستقلان من العلماء المصدر على أنه ما يسمى بـ “كيلونوفا، “الناجمة عن اندماج نجمين نيوترونيين ، وفقًا لـ أ ورقة جديدة نشرت في مجلة الطبيعة. نظرًا لأنه كان من المفترض أن تؤدي عمليات اندماج النجوم النيوترونية إلى إنتاج GRBs قصيرة فقط ، فإن اكتشاف حدث هجين يتضمن كيلونوفا ذو GBR طويل أمر مثير للدهشة.

“هذا الاكتشاف يكسر فكرتنا القياسية عن انفجارات أشعة جاما ،” قال المؤلف المشارك إيف تشاسهـ ، باحث ما بعد الدكتوراة في مختبر لوس ألاموس الوطني. “لم يعد بإمكاننا افتراض أن جميع الاندفاعات قصيرة الأمد تأتي من اندماجات النجوم النيوترونية ، في حين أن الانفجارات طويلة الأمد تأتي من المستعرات الأعظمية. نحن ندرك الآن أن تصنيف انفجارات أشعة جاما أصعب بكثير. يدفع هذا الاكتشاف فهمنا لانفجارات أشعة جاما إلى أقصى الحدود “.

كما نحن ذكرت سابقا، انفجارات أشعة جاما هي انفجارات عالية الطاقة للغاية في مجرات بعيدة تدوم ما بين أجزاء من الألف من الثانية إلى عدة ساعات. الأول انفجارات أشعة جاما لوحظ في أواخر الستينيات ، وذلك بفضل إطلاق فيلا الأقمار الصناعية من قبل الولايات المتحدة. كان الغرض منها هو الكشف عن تواقيع أشعة جاما لتجارب الأسلحة النووية في أعقاب معاهدة حظر التجارب النووية لعام 1963 مع الاتحاد السوفيتي. خشيت الولايات المتحدة من أن السوفييت كانوا يجرون تجارب نووية سرية ، منتهكة المعاهدة. في يوليو 1967 ، التقط اثنان من تلك الأقمار الصناعية وميضًا من إشعاع غاما لم يكن من الواضح أنه توقيع لاختبار أسلحة نووية.

قبل شهرين فقط ، التقطت أجهزة الكشف الفضائية المتعددة a انفجار قوي لأشعة جاما مروراً بنظامنا الشمسي ، وإرسال علماء الفلك في جميع أنحاء العالم يتدافعون لتدريب تلسكوباتهم على ذلك الجزء من السماء لجمع البيانات الحيوية عن الحدث ووهجه اللاحق. أطلق عليها اسم GRB 221009A ، وكان أقوى انفجار لأشعة غاما تم تسجيله حتى الآن ، ومن المحتمل أن يكون “صرخة ولادة” لثقب أسود جديد.

هناك نوعان من رشقات أشعة جاما: قصيرة وطويلة. تدوم GRBs الكلاسيكية قصيرة المدى أقل من ثانيتين ، وكان يُعتقد سابقًا أنها تحدث فقط من اندماج جسمين فائقي الكثافة ، مثل النجوم النيوترونية الثنائية ، مما ينتج عنه كيلونوفا مصاحب. يمكن أن تدوم GRBs الطويلة في أي مكان من بضع دقائق إلى عدة ساعات ويُعتقد أنها تحدث عندما يتحول نجم ضخم إلى مستعر أعظم.

اكتشف علماء الفلك في تلسكوبات فيرمي وسويفت في وقت واحد انفجار أشعة غاما الأخير في ديسمبر الماضي وحددوا الموقع في الكوكبة. Boötes. سمح هذا التحديد السريع للتلسكوبات الأخرى في جميع أنحاء العالم بتوجيه انتباههم إلى هذا القطاع ، وتمكينهم من التقاط كيلونوفا في مراحله الأولى. وكان قريبًا بشكل ملحوظ من انفجار أشعة غاما: حوالي 1 مليار سنة ضوئية من الأرض ، مقارنة بحوالي 6 مليارات سنة لمتوسط ​​انفجار أشعة غاما المكتشفة حتى الآن. (سافر الضوء من أبعد GRB حتى الآن المسجل لحوالي 13 مليار سنة).

“لقد كان شيئًا لم نره من قبل ،” قال المؤلف المشارك سيمون ديشيارا، عالم فلك في جامعة ولاية بنسلفانيا وعضو في فريق Swift. “كنا نعلم أنه لم يكن مرتبطًا بمستعر أعظم ، موت نجم ضخم ، لأنه كان قريبًا جدًا. لقد كان نوعًا مختلفًا تمامًا من الإشارات الضوئية ، إشارة نربطها بالكيلونوفا ، الانفجار الناجم عن اصطدام النجوم النيوترونية “.

عندما يبدأ نجمان نيوترونيان ثنائيان بالدوران في دوامة موتهما ، يرسلان موجات جاذبية قوية وينزعان المادة الغنية بالنيوترونات من بعضهما البعض. ثم تصطدم النجوم وتندمج ، مما ينتج سحابة ساخنة من الحطام تتوهج بضوء متعدد الأطوال الموجية. إنه الحطام الغني بالنيوترونات الذي يعتقد علماء الفلك أنه ينتج ضوء كيلونوفا المرئي والأشعة تحت الحمراء – يكون التوهج أكثر إشراقًا في الأشعة تحت الحمراء منه في الطيف المرئي ، وهو توقيع مميز لمثل هذا الحدث الذي ينتج عن العناصر الثقيلة في المقذوف التي تحجب الضوء المرئي ولكن يسمح للأشعة تحت الحمراء بالمرور.

هذا التوقيع هو ما كشفه التحليل اللاحق لـ GRB211211A. وبما أن الاضمحلال اللاحق لدمج نجم نيوتروني ينتج عناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين ، أصبح لدى علماء الفلك الآن وسيلة جديدة لدراسة كيفية تشكل هذه العناصر الثقيلة في كوننا.

قبل عدة سنوات ، الراحل عالم الفيزياء الفلكية نيل جيريلز اقترح أنه يمكن إنتاج انفجارات أطول من أشعة جاما عن طريق اندماجات النجوم النيوترونية. يبدو من المناسب فقط أن مرصد Swift التابع لناسا ، والذي سمي على شرفه ، لعب دورًا رئيسيًا في اكتشاف GRB 211211A وأول دليل مباشر على هذا الارتباط.

“هذا الاكتشاف هو تذكير واضح بأن الكون لم يتم اكتشافه بالكامل أبدًا ،” قال المؤلف المشارك جيليان راستينجاد، شهادة دكتوراه. طالب في جامعة نورث وسترن. “غالبًا ما يعتبر علماء الفلك أنه من المسلم به أن أصول GRBs يمكن تحديدها من خلال المدة التي تستغرقها GRBs ، ولكن هذا الاكتشاف يوضح لنا أنه لا يزال هناك الكثير لفهمه حول هذه الأحداث المذهلة.”

DOI: Nature ، 2022. 10.1038 / s41550-022-01819-4 (حول DOIs).