في 9 أكتوبر 2022، سجل مرصد سويفت المداري انفجار أشعة غاما الساطع بشكل غير عادي GRB 221009A لأول مرة.
على مدى الأشهر التالية ، حلل الباحثون حول العالم مصدر أشعة جاما لاستعادة تفاصيل الحدث الفلكي غير المعتاد والعثور على مصدره.
موقع انفجار أشعة غاما GRB 221009A على خلفية مجرة درب التبانة. الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
ما هو انفجار اشعة جاما؟
انفجار أشعة جاما (GRB)يسمي علماء الفيزياء الفلكية انفجارًا قصير المدى لإشعاعات جاما، وهو تيار من الفوتونات ذات طول موجي قصير للغاية (أقل من 2⋅10−10 م) وطاقة عالية. تمثل مثل هذه الأحداث الفلكية إطلاق كميات هائلة من الطاقة، وعادة ما يتم تسجيلها في المجرات البعيدة. يعد انفجار أشعة جاما أحد ألمع الأحداث في الكون.
اكتشف الباحثون انفجارات أشعة جاما نسبيًامؤخرًا: في الستينيات من القرن الماضي. في عام 1963، أرسلت ناسا إلى المدار القمر الصناعي العسكري فيلا، المجهز بكاشفات النيوترونات والأشعة السينية وأشعة جاما. كان من المفترض أن يراقب امتثال الاتحاد السوفييتي والدول الأخرى لمعاهدة حظر التجارب النووية. ولم ترصد أجهزة القمر الصناعي أي تجارب نووية، لكنها اكتشفت بالصدفة رشقات من إشعاعات غاما تنبعث من الفضاء السحيق.
يميز الباحثون نوعين من انفجارات أشعة جاما ،والتي تختلف في المدة: قصيرة وطويلة. تتضمن الفئة الأولى ومضات تدوم من بضعة مللي ثانية إلى ثانيتين. يُعتقد أن مصدر مثل هذا الحدث هو اندماج نجمين نيوترونيين مع تكوين كيلونوفا أو امتصاص ثقب أسود لنجم نيوتروني.
النوع الثاني هو انفجارات أشعة جاما الطويلة.يمكن أن تستمر من بضع ثوانٍ إلى عدة دقائق. تشير الفرضية الرئيسية إلى أن الدفقات الطويلة من أشعة جاما مرتبطة بانفجار مستعر أعظم: المرحلة الأخيرة في تطور النجوم ، التي تزيد كتلتها عن الشمس بعشر مرات أو أكثر. ولكن في عام 2022 ، أبلغ علماء الفيزياء الفلكية من مرصد الجوزاء عن اكتشاف كيلونوفا ، الذي تشكل بعد اندماج النجوم النيوترونية ، في موقع انفجار أشعة غاما الطويل GRB 211211A الذي سجل قبل عام.
صورة متحركة لانفجار طويل لأشعة غاما مرتبط بانهيار نجم ضخم. الرسوم المتحركة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
ما هو الشيء غير المعتاد في انفجار أشعة جاما GRB 221009A؟
استمر انفجار أشعة جاما GRB 221009A أكثر منخمس دقائق. هذا يعني أنه ينتمي إلى رشقات نارية طويلة ويرتبط على الأرجح بانهيار نواة نجم ضخم في ثقب أسود وانفجار مستعر أعظم. من المثير للدهشة أنه في الوقت الذي انقضى منذ أول ملاحظة لانفجار أشعة جاما ، لم يتمكن الباحثون من تأكيد تكوين مستعر أعظم في موقع الانفجار أو العثور على مصدر بديل للإشعاع.
بالإضافة إلى ذلك ، كان دفقة من ذلك مشرقأعمى معظم كاشفات أشعة غاما الكونية ، لذلك لم يتمكنوا من التقاط الكثافة الفعلية للإشعاع بشكل مباشر. استخدم الباحثون البيانات التي تم جمعها بواسطة تلسكوب فيرمي ومقياس طيف أشعة غاما المخروطي لإعادة بناء هذه المعلومات. أظهر التحليل أن GRB 221009A كان أكثر سطوعًا 70 مرة من أي انفجار آخر لأشعة جاما.
مقارنة بين GRB 221009A وأقوى انفجارات أشعة جاما الأربعة المسجلة سابقًا. الصورة: مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا وآدم غولدشتاين (USRA)
الحسابات التي قام بها علماء الفيزياء الفلكية للمشروعيوضح "Integral" التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) أنه بينما استمر الانفجار ، سقط حوالي 1 جيجاوات من الطاقة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض. هذا يعادل قوة محطة الطاقة الأرضية. كان الحدث ساطعًا لدرجة أنه حتى يومنا هذا ، لا يزال الوهج الموجي الأطول ، الشفق اللاحق ، مرئيًا.
تحليل عينة من 7000تظهر GRBs التي سجلها Fermi و Cone أن مثل هذه GRBs واسعة النطاق يجب أن تحدث أكثر من مرة واحدة كل 10000 عام. قال إريك بيرنز الباحث في جامعة ولاية لويزيانا في باتون روج: "ربما كان GRB 221009A ألمع انفجار للأشعة السينية وأشعة جاما منذ فجر الحضارة الإنسانية".
الشفق اللاحق لـ GRB 221009A الذي تم التقاطه بواسطة تلسكوب هابل. الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، A. Levan (جامعة رادبود) ؛ معالجة الصور: غلاديس كوبر
ماذا تعلم علماء الفيزياء الفلكية؟
ولإعادة بناء تاريخ انفجار أشعة جاما بشكل أفضل، استخدم الباحثون أدوات تكتشف الإشعاع الكهرومغناطيسي عند مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية، من موجات الراديو إلى أشعة جاما.
تظهر النتائج العلمية الأولى كيفتضيء الأشعة السينية سحب الغبار في مجرة درب التبانة أثناء انتشارها. حسب الباحثون أن الإشعاع سافر عبر الفضاء بين المجرات لحوالي 1.9 مليار سنة قبل أن يدخل مجرتنا. اصطدمت بأول سحابة من الغبار على "أطراف" مجرة درب التبانة منذ حوالي 60 ألف عام ، ومع آخرها - حوالي ألف عام.
في كل مرة تصطدم الأشعة السينيةمع سحابة الغبار ، قاموا بتشتيت بعض الإشعاع ، وخلقوا حلقات متحدة المركز يبدو أنها تتمدد إلى الخارج. لاحظ تلسكوب الأشعة السينية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية XMM-Newton هذه الحلقات لعدة أيام بعد انفجار أشعة جاما. أوضح العلماء أن الغيوم القريبة شكلت أكبر الحلقات لأنها ببساطة تبدو أكبر في المنظور.
حلقات الغبار من GRB 221009A التي لوحظت بواسطة تلسكوب الأشعة السينية. الصورة: ESA / XMM-Newton / M. ريغوسيللي (INAF)
السفر عبر درب التبانة ، الأشعة السينيةأضاءت 20 سحابة غبار متتابعة لمجرتنا. ساعد التحليل الإشعاعي في حساب المسافة بينها وتحليل خصائص الجسيمات المكونة لها.
على مر السنين ، اقترح الباحثون عددًا مننظريات مختلفة تصف خصائص حبيبات الغبار. غطى الباحثون هذه الأنماط على البيانات التي تم جمعها. وجدوا أن النموذج الذي يقترح أن الجسيمات تتكون أساسًا من الجرافيت ، وهو شكل بلوري من الكربون ، يناسب الملاحظات بشكل أفضل.
مصدر غامض
على الرغم من الكم الهائل من البيانات التي تم جمعهالا يزال سبب هذا الانفجار اللامع لأشعة جاما لغزا. نظرًا لأن الإصدار الرئيسي يربط انفجارات أشعة غاما الطويلة بانفجار مستعر أعظم ، استخدم الباحثون تلسكوبات جيمس ويب وهابل الفضائيين للبحث عن بدايات السديم المستقبلي. لكن لم يعثر أي من التلسكوبات على أي شيء في موقع الانفجار المزعوم.
أحد الأسباب المحتملة هو ذلكظهر GRB في جزء من السماء على بعد درجات قليلة فقط من مستوى مجرة درب التبانة ، حيث يمكن لسحب الغبار الكثيفة أن تلقي بظلالها على الضوء الساقط. إذا كان الأمر كذلك ، فربما تساعد الملاحظات الإضافية في العثور على بقايا المستعر الأعظم.
رسم توضيحي للمكونات الرئيسية لفترة طويلةانفجار أشعة جاما، وهو النوع الأكثر شيوعًا. انهار قلب نجم ضخم (يسار) ليشكل ثقبًا أسود يرسل تيارًا من الجسيمات تتحرك عبر مادة النجم إلى الفضاء بسرعة الضوء تقريبًا. تنشأ الانبعاثات عبر الطيف بأكمله من الغاز المتأين الساخن بالقرب من الثقب الأسود حديث الولادة، والاصطدامات بين أغلفة الغاز سريع الحركة داخل النفث (موجات الصدمة الداخلية)، ومن الحافة الأمامية للنفث أثناء ابتعاده وتفاعله مع محيطه (صدمة خارجية). الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
تقترح فرضية بديلة أن النجمكانت ضخمة جدًا لدرجة أنها بعد الانفجار الأولي ، شكلت على الفور ثقبًا أسود ، ابتلع كل المواد التي كانت ستشكل سحابة غازية.
يواصل علماء الفيزياء الفلكية البحث عن البقايانجم متفجر. ويبحث الباحثون الآن عن آثار لعناصر ثقيلة مثل الذهب، والتي يعتقد أنها تتشكل نتيجة انفجارات قوية مرتبطة بانهيار نواة نجم ضخم.
لاحظ الباحثون أيضًا أنه من المحتمل أنترجع القوة غير العادية لانفجار أشعة جاما إلى حقيقة أن تيار الطاقة (النفاث) المنبعث أثناء تكوين الثقب الأسود كان موجهاً مباشرة إلى الأرض. سيساعد تحليل الشفق اللاحق واستقطاب الضوء الناتج عن مثل هذا الانفجار في معرفة المزيد حول كيفية تشكل النفاثات.
قراءة المزيد:
يكتشف علماء الأحياء كيف تهرب الخلايا السرطانية من جهاز المناعة
أخيرًا تم إثبات النظرية الأساسية لفيزياء الكم. رئيسي
المنتجات المسماة تحمي الدماغ من الخرف ، ومتى يتم استخدامها
على الغلاف: رسم فني لانفجار أشعة جاما. الصورة: ناسا / سويفت / كروز دي وايلد