أثناء فحص مستعر أعظم قريب باستخدام تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا، وهو جهد يهدف إلى اكتشاف كيف تشعل هذه الانفجارات النجمية جسيمات مشحونة تسمى الأشعة الكونية، كشف العلماء عن لغز أكبر.
وجد الفريق أن المستعر الأعظم، المسمى SN 2023ixf، يفتقر تمامًا إلى انبعاثات أشعة جاما التي يجب أن تكون موجودة عندما تتسارع جسيمات الأشعة الكونية إلى سرعات قريبة من الضوء. وهذا اكتشاف قد يتحدى فهمنا للمستعرات الأعظم. لقد اعتقد العلماء منذ فترة طويلة أنها مصانع للأشعة الكونية، تضخ أشعة جاما بكميات هائلة.
SN 2023ixf هو مستعر أعظم “جديد” (على الأقل كما نراه هنا على الأرض) تم اكتشافه في 18 مايو 2023. وهو يقع في مجرة ميسييه 101 (M101)، المعروفة أيضًا باسم “مجرة دولاب الهواء”، وتقع حولها. 21 مليون سنة ضوئية من الأرض. يعد SN 2023ixf، الناجم عن موت وانهيار نجم عملاق تقدر كتلته بحوالي 12 مرة كتلة الشمس، ألمع مستعر أعظم قريب نسبيًا من الأرض تم رصده بواسطة فيرمي منذ أن بدأ التلسكوب في البحث عن هذه الأحداث في عام 2008.
ومع ذلك، فإن هذا الحدث القوي يفتقر إلى عنصر أساسي. هذا غريب للغاية.
متعلق ب: انظر داخل بقايا مستعر أعظم عمره 800 عام وشاهد نجمًا “زومبيًا”.
وقال غيليم مارتي ديفيسا، عضو الفريق والباحث في جامعة تريست، في بيان: “قدر علماء الفيزياء الفلكية في السابق أن المستعرات الأعظم تحول حوالي 10% من إجمالي طاقتها إلى تسارع للأشعة الكونية”. “لكننا لم نلاحظ هذه العملية بشكل مباشر أبدًا. ومع الملاحظات الجديدة لـ SN 2023ixf، أدت حساباتنا إلى تحويل طاقة منخفض يصل إلى 1٪ في غضون أيام قليلة بعد الانفجار.
“هذا لا يستبعد أن تكون السوبرنوفا مصانع للأشعة الكونية، لكن هذا يعني أن لدينا المزيد لنتعلمه عن إنتاجها.”
مصانع الأشعة الكونية الغامضة
تضرب تريليونات من الأشعة الكونية الغلاف الجوي للأرض كل يوم، وحوالي 90% من هذه الجسيمات المشحونة هي نوى ذرية للهيدروجين؛ والباقي عبارة عن إلكترونات حرة أو نوى عناصر أثقل.
ومع ذلك، كان من الصعب التحقيق في مصدر الأشعة الكونية. وذلك لأنه بينما تسافر هذه الجسيمات المشحونة ملايين السنين الضوئية للوصول إلى الأرض، فإنها تواجه عددًا كبيرًا من المجالات المغناطيسية التي تحول مسارها. هذا الارتداد الذي لا نهاية له يعني أن مسار الأشعة الكونية يكاد يكون من المستحيل إعادة بناءه. لا تواجه الفوتونات عالية الطاقة أو أشعة جاما مثل هذه الانحرافات، وبالتالي يمكن استخدامها كمتتبعات لإنتاج الأشعة الكونية.
وقالت إليزابيث هايز، عالمة مشروع فيرمي في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ميريلاند، في البيان: “أشعة جاما تنتقل مباشرة إلينا”. “تنتج الأشعة الكونية أشعة غاما عندما تتفاعل مع المادة في بيئتها. فيرمي هو تلسكوب أشعة غاما الأكثر حساسية في المدار، لذلك عندما لا يكتشف إشارة متوقعة، يجب على العلماء تفسير الغياب.
“إن حل هذا اللغز سيبني صورة أكثر دقة لأصول الأشعة الكونية.”
تحدث المستعرات الأعظم عندما تنفد النجوم التي تبلغ كتلتها حوالي ثمانية أضعاف كتلة الشمس من الوقود اللازم للاندماج النووي في قلبها. يؤدي هذا أيضًا إلى إنهاء تدفق الطاقة إلى الخارج الذي يوفر ضغطًا إشعاعيًا لدعم النجم ضد جاذبيته.
ومع انتهاء لعبة شد الحبل الكونية هذه التي استمرت لملايين السنين، مع كون الجاذبية هي المنتصر الواضح، ينهار قلب النجم. ثم تنفجر الطبقات الخارجية إلى الخارج في انفجار سوبر نوفا.
تتسبب هذه المادة المثقوبة في حدوث موجة صادمة تنطلق من النجم المحتضر، وتصطدم بالغاز والغبار المحيطين به وتتسارع الجسيمات، بالإضافة إلى إنشاء أشعة كونية. يمكن أن تستمر موجات الصدمة هذه لمدة تصل إلى 50000 عام، مما يؤثر على المادة بين النجوم خلال تلك الفترة. وعندما تتفاعل الأشعة الكونية على وجه الخصوص مع الغاز والغبار الموجود بين النجوم، فإنها تولد فوتونات أشعة جاما.
وفي عام 2013، اكتشف فيرمي هذه الظاهرة التي تحدث حول بقايا المستعرات الأعظم في مجرتنا، درب التبانة. كشف هذا الاكتشاف أن بقايا المستعر الأعظم لا تنتج ما يكفي من الجسيمات عالية الطاقة لمطابقة قياسات العلماء على الأرض. قد يكون أحد أسباب ذلك هو أن المستعرات الأعظمية تقوم فقط بتسريع الجسيمات لتكوين الأشعة الكونية الأكثر نشاطًا خلال الأيام الأولى بعد انهيار النجم الذي يطلقها.
أصبحت هذه الصورة أكثر تعقيدًا عندما نظر فيرمي إلى SN 2023ixf لعدة أشهر بعد اكتشاف المستعر الأعظم لأول مرة بواسطة تلسكوبات أخرى في الضوء المرئي. على الرغم من أن ملاحظات فيرمي جاءت مباشرة بعد انفجار المستعر الأعظم، إلا أن التلسكوب الفضائي التابع لناسا لم يرصد أي أشعة غاما من SN 2023ixf.
لدى الفريق بعض التفسيرات المحتملة حول سبب قيام هذا المستعر الأعظم بإنتاج أشعة كونية وليس أشعة غاما، على الأقل لا يمكن لفيرمي اكتشافها. إحدى النظريات هي أن حطام المستعر الأعظم يتم توزيعه ومحاذاة بشكل غير متساو بطريقة لا تتدفق فيها أشعة جاما نحو الأرض، لذلك لا يتمكن فيرمي من العثور عليها. والاحتمال الآخر هو أن الحطام المحيط بهذا المستعر الأعظم يمكن أن يمتص أي أشعة جاما يتم إنتاجها.
قصص ذات الصلة:
– آثار انفجار نجمين تم التقاطها في صورة جديدة مذهلة لوكالة ناسا
— تمكن علماء الفلك من إلقاء نظرة نادرة على أقدم مستعر أعظم معروف، والذي يعود تاريخه إلى العام 185
– تثير هذه المستعرات الأعظم عاصفة، وتساهم في الحياة الكونية والموت
سيواصل علماء الفلك الآن دراسة SN 2023ixf في أطوال موجية أخرى من الضوء بالإضافة إلى إنشاء نماذج حاسوبية لمعرفة السبب الذي قد يسبب مظهره الغريب.
وقال ماتيو رينو، عضو الفريق وعالم الفيزياء الفلكية في مختبر مونبلييه للكون والجسيمات، في البيان: “لسوء الحظ، عدم رؤية أشعة جاما لا يعني عدم وجود أشعة كونية”. “علينا أن نراجع جميع الفرضيات الأساسية المتعلقة بآليات التسارع والظروف البيئية من أجل تحويل غياب أشعة جاما إلى حد أعلى لإنتاج الأشعة الكونية.”
وقد تم قبول بحث الفريق للنشر في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.