قد يكون العلماء على بعد خطوة من اكتشاف كيف تصبح انفجارات أشعة جاما من أقوى الانفجارات في الكون المعروف.
في السياق، يمكن لانفجار أشعة جاما واحد، أو GRB، أن ينتج طاقة في ثوانٍ أكثر مما تشعه الشمس في مليارات السنين. وبسبب هذه القوة، يرى العلماء أن انفجارات أشعة جاما تنشأ عن بعض الأحداث الأكثر عنفًا في الكون. يتضمن ذلك أشياء مثل انفجارات المستعرات الأعظم التي تشير إلى موت النجوم الضخمة واصطدام واندماج نجمين نيوترونيين، وهي نجوم “ميتة” تتكون من المادة الأكثر كثافة التي نعرفها، بالإضافة إلى انفجارات من الثقوب السوداء الناشئة.
ومع ذلك، لا تزال جوانب هذه الانفجارات يكتنفها الغموض، بما في ذلك الآلية الدقيقة التي تطلق انفجارات GRB وما الذي يسبب بالضبط انفجارات GRB “الطويلة” التي تستمر لأكثر من ثانيتين مقابل انفجارات GRB “القصيرة” التي تستمر لفترة أقل.
على سبيل المثال، قام فريق من العلماء من جامعة ألاباما في هانتسفيل بدراسة حالات إغفال الضوء في انفجارات أشعة جاما وكيفية تغيرها بمرور الوقت لوضع نموذج أفضل لهذه الانفجارات وكشف أسرارها في النهاية.
متعلق ب: توهج أشعة جاما العملاق المنبعث من النجم المغناطيسي “المتوفى مؤخرًا” يضيء مجرة السيجار
وقال قائد الفريق جون هاكيلا، العالم في جامعة ألاباما في هانتسفيل، في بيان: “على الرغم من دراستها لأكثر من خمسين عامًا، إلا أن الآليات التي تنتج بها انفجارات GRB الضوء لا تزال مجهولة، وهو لغز كبير في الفيزياء الفلكية الحديثة”. “إن فهم انفجارات أشعة جاما يساعدنا على فهم بعض من أسرع وأقوى آليات إنتاج الضوء التي تستخدمها الطبيعة.
“إن انفجارات GRB ساطعة للغاية، ويمكن رؤيتها على نطاق الكون، ولأن الضوء ينتقل بسرعة محدودة، فإنها تسمح لنا برؤية العصور الأولى التي وجدت فيها النجوم.”
تسليط الضوء على GRBs
أحد الأسباب الرئيسية وراء صعوبة فهم انفجارات أشعة جاما هو أن النماذج النظرية لوصفها لم تكن قادرة على تفسير سلوك منحنياتها الضوئية، وهي عبارة عن رسوم بيانية توضح كيفية تغير شدة الضوء لجسم ما بمرور الوقت.
ومما يزيد الوضع تعقيدًا هو حقيقة أنه لا يوجد منحنيان متماثلان تمامًا لضوء GRB، ويمكن أن تستمر مدة الدفقات من مجرد ميلي ثانية إلى عشرات الدقائق.
قام هاكيلا وزملاؤه بتصميم نماذج GRBs على أنها سلسلة من النبضات النشطة، معتبرين أن هذه النبضات بمثابة الوحدات الأساسية لانبعاث GRB. وقال هاكيلا: “إنها تشير إلى الأوقات التي تضيء فيها أشعة GRB ثم تتلاشى بعد ذلك. وخلال الوقت الذي تنبعث فيه نبضة GRB، فإنها تخضع لتغيرات في السطوع يمكن أن تحدث أحيانًا على فترات زمنية قصيرة جدًا”. “الشيء الغريب في هذه الاختلافات هو أنها قابلة للعكس بنفس الطريقة [palindrome] كلمات مثل “الدوار” أو “قوارب الكاياك” يمكن عكسها.”
وأضاف العالم أنه من الصعب جدًا فهم كيف يمكن أن يكون هذا الانعكاس هو الحال، لأنه، على عكس الحروف الموجودة في الكلمة، لا يمكن قراءة الوقت إلا في اتجاه واحد.
وقال: “إن الآلية التي تنتج الضوء في نبضة GRB تنتج بطريقة ما نمط سطوع، ثم تولد بعد ذلك نفس النمط بترتيب عكسي”. “هذا غريب جدًا، وهو ما يجعل انفجارات أشعة جاما فريدة من نوعها.”
ركز الفريق على نماذج انفجارات GRB التي يتم إنتاجها عندما تقوم الثقوب السوداء (التي تشكلت مؤخرًا عن طريق موت نجم ضخم) بإطلاق نفاثات من الجسيمات التي تتحرك بسرعات قريبة من الضوء أو “النسبية”.
يشرح هاكيلا: “في هذه النماذج، ينهار قلب النجم الضخم المحتضر ليشكل ثقبًا أسود، وتتمزق المواد التي تسقط في الثقب الأسود ويعاد توجيهها إلى الخارج على طول شعاعين أو نفاثات متعارضة”. “يتم إخراج المادة النفاثة التي تشير إلى اتجاهنا إلى الخارج بسرعة تقارب سرعة الضوء.
“بما أن انفجارات GRB قصيرة العمر نسبيًا، فقد كان من المفترض دائمًا أن التدفق يظل موجهًا نحونا طوال الحدث. لكن خصائص النبضة المعكوسة زمنيًا كان من الصعب جدًا تفسيرها إذا كانت تنشأ من داخل طائرة غير متحركة.”
لشرح الطبيعة المتماثلة لمنحنيات ضوء GRB، أضاف الفريق حركة جانبية أو جانبية إلى النفاثات النسبية التي تنطلق بعيدًا عن الثقوب السوداء الناشئة.
وتابع هاكيلا: “إن فكرة النفاثات المتحركة أفقيًا توفر حلاً بسيطًا يمكن من خلاله تفسير بنية نبضات GRB المعكوسة بمرور الوقت”. “عندما تعبر الطائرة خط البصر، سيرى المراقب الضوء الناتج أولاً من جانب واحد من الطائرة، ثم مركز النفاث، وأخيراً الجانب الآخر من الطائرة.
“ستضيء الطائرة ثم تصبح خافتة عندما يعبر مركز الطائرة خط البصر، وسيتم رؤية البنية المتماثلة شعاعيًا حول قلب الطائرة بترتيب عكسي عندما تصبح الطائرة خافتة.”
قصص ذات الصلة:
– تم العثور على 300 نجم نيوتروني منفجر بأشعة جاما بكميات ضخمة – وبعضها عبارة عن “نجوم نابضة عنكبوتية”
– النجم النابض يفاجئ علماء الفلك بأشعة غاما التي حطمت الأرقام القياسية
– قد يتم أخيرًا الكشف عن الأصول المحيرة لانفجارات أشعة جاما الطويلة
وأضاف هاكيلا أنه في هذا “النموذج الباليستي لـ GRBs”، تقوم النفاثات النسبية من الثقوب السوداء برش المواد بطريقة تشبه خرطوم إطفاء الحريق الذي يرش الماء. وبما أن التدفقات تعمل كسائل وليس مادة صلبة، فقد يرى المراقب أن التدفق بأكمله منحني وليس مستقيمًا.
“إن حركة الفوهة تتسبب في وصول الضوء من أجزاء مختلفة من الدفق إلينا في أوقات مختلفة، ويمكن استخدام ذلك لفهم أفضل للآلية التي تنتج بها النفاثة الضوء، بالإضافة إلى مختبر لدراسة تأثيرات النسبية الخاصة ،” هو اتمم.
نُشر بحث الفريق في 22 أبريل في مجلة الفيزياء الفلكية.