يمكن أن تكون الأشعة السينية الغامضة هي كيلونوفا “الشفق اللاحق” من اندماج النجوم النيوترونية لعام 2017

في عام 2017 ، اكتشف علماء الفلك ظاهرة تعرف باسم “كيلونوفا“: اندماج نجمين نيوترونيين مصحوبًا بانفجارات قوية من أشعة غاما. بعد ثلاث سنوات ونصف ، اكتشف علماء الفيزياء الفلكية أشعة سينية غامضة يعتقدون أنها يمكن أن تكون أول اكتشاف ل” الوهج اللاحق للكيلونوفا “، وفقًا لورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Astrophysical Journal Letters ، وبدلاً من ذلك ، فإن ما رآه علماء الفيزياء الفلكية يمكن أن يكون أول ملاحظة للمادة التي تسقط في الثقب الأسود الذي تشكل بعد الاندماج.

كما أبلغنا سابقا، يكتشف LIGO عبر موجات الجاذبية قياس التداخل بالليزر. تستخدم هذه الطريقة أشعة ليزر عالية الطاقة لقياس التغيرات الطفيفة في المسافة بين جسمين متوضعين على بعد كيلومترات. (لدى LIGO كواشف في هانفورد ، وواشنطن ، وفي ليفينجستون ، لويزيانا. تم تشغيل كاشف ثالث في إيطاليا ، يُعرف باسم Advanced VIRGO ، في عام 2016.) وجود ثلاثة أجهزة كشف يعني أنه يمكن للعلماء تحديد مكان أي غردات في سماء الليل قادمون من.

بالإضافة إلى سبع عمليات اندماج للثقب الأسود الثنائي ، اكتشف التشغيل الثاني لـ LIGO ، من 30 نوفمبر 2016 إلى 25 أغسطس 2017 ، اندماج ثنائي بين النجوم النيوترونية مع وقت واحد انفجار أشعة جاما وإشارات في بقية الطيف الكهرومغناطيسي. يُعرف الحدث الآن باسم GW170817. تضمنت هذه الإشارات إشارات منبهة للعناصر الثقيلة – لا سيما الذهب والبلاتين واليورانيوم – التي تم إنشاؤها بواسطة الاصطدام. يتم تشكيل معظم العناصر الأخف في الانفجارات الخانقة للنجوم الضخمة المعروفة باسم المستعرات الأعظمية ، لكن علماء الفلك افترضوا منذ فترة طويلة أن العناصر الأثقل قد تنشأ في الكيلونوفا التي تنتج عندما يصطدم نجمان نيوترونيان.

قدم اكتشاف كيلونوفا عام 2017 دليلاً على أن هؤلاء الفلكيين كانوا على حق. كان تسجيل هذا النوع من الأحداث السماوية غير مسبوق ، وشهد رسميًا بزوغ فجر حقبة جديدة فيما يسمى “متعدد الرسالات علم الفلك. “

منذ ذلك الحين ، كان علماء الفلك يبحثون عن توقيع بصري مطابق عندما يلتقط LIGO / VIRGO إشارة موجة ثقالية لعمليات اندماج النجوم النيوترونية أو عمليات اندماج النجوم النيوترونية مع الثقوب السوداء. كان الافتراض هو أن عمليات اندماج الثقوب السوداء والثقب الأسود لن تنتج أي توقيع بصري ، لذلك لم يكن هناك جدوى من البحث عن توقيع واحد — حتى عام 2020. وذلك عندما وجد علماء الفلك أول دليل لمثل هذه الظاهرة. توصل علماء الفلك إلى هذا الاكتشاف من خلال الجمع بين بيانات موجات الجاذبية والبيانات التي تم جمعها خلال مسح آلي للسماء.

لكن كيلونوفا 2017 تظل فريدة من نوعها ، وفقًا لأبراجيتا هاجيلا ، المؤلفة الرئيسية للورقة الجديدة وطالبة دراسات عليا في جامعة نورث وسترن. هاجيلة يدعو كيلونوفا “الحدث الوحيد من نوعه” و “صندوق كنز من عدة ملاحظات أولية في مجالنا”. جنبا إلى جنب مع علماء الفلك الآخرين في نورث وسترن وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، كانت تراقب تطور GW170817 منذ أن اكتشفه LIGO / Virgo لأول مرة باستخدام الفضاء القائم على الفضاء مرصد شاندرا للأشعة السينية.

اكتشف تشاندرا لأول مرة انبعاثات الأشعة السينية والراديو من GW170817 بعد أسبوعين من الاندماج ، الذي استمر 900 يوم. لكن تلك الأشعة السينية الأولية ، التي تعمل بواسطة طائرة نفاثة ناتجة عن الاندماج الذي يقترب من سرعة الضوء ، بدأت تتلاشى في أوائل عام 2018. ومع ذلك ، من مارس 2020 حتى نهاية ذلك العام ، توقف الانخفاض الحاد في السطوع ، و أصبح انبعاث الأشعة السينية ثابتًا إلى حد ما من حيث السطوع.

للمساعدة في حل هذا اللغز ، جمعت هاجيلا وفريقها بيانات رصد إضافية مع كل من Chandra و Very Large Array (VLA) في ديسمبر 2020 ، بعد 3.5 سنوات من الاندماج. كانت هاجيلا هي التي استيقظت في الساعة الرابعة صباحًا بإخطار بانبعاثات أشعة سينية قوية وساطعة بشكل مدهش – أعلى بأربع مرات مما كان متوقعًا في هذه المرحلة إذا كانت الانبعاثات تعمل فقط بواسطة الطائرة النفاثة. (لم يلتقط VLA أي انبعاثات راديو.) وظلت هذه الانبعاثات الجديدة عند مستوى ثابت لمدة 700 يوم.

هذا يعني أن مصدرًا مختلفًا تمامًا للأشعة السينية يجب أن يكون مصدر الطاقة لهم. أحد التفسيرات المحتملة هو أن الحطام المتوسع الناتج عن الاندماج ولّد موجة صدمية ، تشبه طفرة الصوت ، بالإضافة إلى الطائرات النفاثة. في هذه الحالة ، لا يمكن للنجوم النيوترونية المندمجة أن تنهار على الفور في ثقب أسود. بدلا من ذلك ، تدور النجوم بسرعة لثانية واحدة. كان من الممكن أن يؤدي هذا الدوران السريع إلى إبطال الانهيار التثاقلي لفترة وجيزة بما يكفي لإنتاج ذيل سريع من مقذوفات كيلونوفا الثقيلة ، والتي دفعت موجة الصدمة. مع تباطؤ تلك المقذوفات الثقيلة بمرور الوقت ، تم تحويل طاقتها الحركية إلى حرارة بواسطة الصدمات.

“ستقع فيه. تم.”

“إذا كانت النجوم النيوترونية المندمجة ستنهار مباشرة إلى ثقب أسود بدون مرحلة وسيطة ، فسيكون من الصعب جدًا تفسير فائض الأشعة السينية الذي نراه الآن ، لأنه لن يكون هناك سطح صلب للأشياء لترتد تطير بسرعات عالية لخلق هذا الشفق “، قال المؤلف المشارك Raffaella Margutti من جامعة كاليفورنيا في بيركلي. “ستقع في الداخل. انتهى. السبب الحقيقي الذي يجعلني متحمسًا علميًا هو احتمال أننا نرى شيئًا أكثر من الطائرة. قد نحصل أخيرًا على بعض المعلومات حول الجسم المضغوط الجديد.”

اقترح Brian Metzger من جامعة كولومبيا سيناريو بديل: يمكن تشغيل انبعاث الأشعة السينية عن طريق مادة تسقط في الفتحة الخلفية التي تشكلت أثناء الاندماج. هذا أيضًا يعد أولًا علميًا ، وفقًا لما قالته هاجلة ، لأن هذا النوع من التراكم طويل المدى لم يتم ملاحظته من قبل.

هناك المزيد من الملاحظات المخطط لها من الآن فصاعدًا ، وستساعد هذه البيانات في حل المشكلة. إذا سطعت الأشعة السينية وانبعاثات الراديو خلال الأشهر أو السنوات القليلة المقبلة ، فسيؤكد هذا سيناريو شفق كيلونوفا. إذا انخفضت انبعاثات الأشعة السينية بشكل حاد أو ظلت ثابتة ، مع عدم وجود انبعاثات راديوية مصاحبة ، فإن ذلك سيؤكد سيناريو الثقب الأسود المتزايد.

بغض النظر ، “ستكون هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها شفق كيلونوفا أو المرة الأولى التي نرى فيها مادة تسقط على ثقب أسود بعد اندماج نجم نيوتروني ،” قال المؤلف المشارك جو برايت، ما بعد الدكتوراة في جامعة كاليفورنيا في بيركلي. “أي من النتيجتين ستكون مثيرة للغاية.”

DOI: رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ، 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (حول DOIs).