باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، تمكن العلماء أخيرًا من حل الأسباب الغامضة لـ “القارب”، والذي ربما يكون أكبر انفجار كوني منذ الانفجار الكبير.
يبدو أن انفجار أشعة جاما الأكثر سطوعًا على الإطلاق (ومن هنا جاء الاختصار ألمع في كل العصور)، والمعروف أيضًا باسم القارب، قد تم إطلاقه بواسطة انفجار مستعر أعظم رافق موت وانهيار نجم ضخم يقع على بعد حوالي 2.4 مليون سنة ضوئية. بعيد. وهذا حدث ربما أدى أيضًا إلى ولادة ثقب أسود.
ومع ذلك، فمن خلال حل هذا اللغز الكوني، فتح فريق علماء الفيزياء الفلكية لغزًا سماويًا آخر. وذلك لأنه لا يمكن العثور على آثار لعناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين، وهي آثار يتوقع المرء أن تبقى حول هذا النوع من المستعرات الأعظم.
وقال بيتر بلانشارد، قائد الفريق والعالم بجامعة نورث وسترن، في بيان: “كان هذا حدثًا لا تراه الأرض إلا مرة واحدة كل 10 آلاف عام”. “لقد أنتج هذا الحدث بعضًا من الفوتونات ذات الطاقة الأعلى التي سجلتها الأقمار الصناعية المصممة لاكتشاف أشعة جاما على الإطلاق.”
متعلق ب: ألمع انفجار لأشعة جاما على الإطلاق، وهو أكبر انفجار معروف منذ الانفجار الكبير، وله هيكل نفاث فريد لا مثيل له
وأضاف بلانشارد: “عندما تأكدنا أن انفجارات GRB نتجت عن انهيار نجم ضخم، أعطانا ذلك الفرصة لاختبار فرضية حول كيفية تشكل بعض أثقل العناصر في الكون”. “لم نر أي بصمات لهذه العناصر الثقيلة، مما يشير إلى أن انفجارات أشعة غاما النشطة للغاية مثل القارب لا تنتج هذه العناصر.”
العلماء لم يفوتوا القارب
تم رصد القارب، المُسمى رسميًا GRB 221009A، لأول مرة في 9 أكتوبر 2022، وتميز على الفور عن غيره من انفجارات GRB بسبب طبيعته المتطرفة. اكتشفه علماء الفلك على شكل وميض ساطع للغاية من أشعة جاما عالية الطاقة يتبعه شفق باهت عبر العديد من الأطوال الموجية للضوء.
تم رصد انفجار GRB القوي لأول مرة بواسطة تلسكوبات أشعة جاما والأشعة السينية، بما في ذلك تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا ومرصد نيل جيريلز سويفت. بعد الكشف الأولي عن القارب، سارع علماء الفلك المذهولون للعثور على مصدره المحتمل. لقد وجهوا تلسكوباتهم نحو كوكبة القوس، معتقدين أن هذا هو المكان الذي يجب أن تكمن فيه الإجابة.
“طالما تمكنا من اكتشاف انفجارات GRB، فليس هناك شك في أن انفجارات GRB هذه هي ألمع ما شهدناه على الإطلاق بمعامل 10 أو أكثر،” أحد مكتشفي BOAT Wen-fai Fong، وهو أستاذ مشارك قال عالم الفيزياء والفلك وزعيم مجموعة فونغ في نورث وسترن، في وقت قريب من الاكتشاف.
ومع ذلك، لم يسارع بلانشارد وزملاؤه إلى مطاردة القارب.
وبدلاً من ذلك، أرادوا عرض القارب أثناء تطوره، وتتبعه خلال مراحله اللاحقة. وهكذا، قاموا بتدريب تلسكوب جيمس ويب الفضائي على انفجار أشعة جاما المتلاشية بعد حوالي ستة أشهر من رصده لأول مرة.
وقال بلانشارد: “كان انفجار GRB ساطعًا للغاية لدرجة أنه حجب أي توقيع محتمل للمستعر الأعظم في الأسابيع والأشهر الأولى بعد الانفجار”. “في هذه الأوقات، كان ما يسمى بالتوهج اللاحق لـ GRB يشبه المصابيح الأمامية للسيارة التي تتجه نحوك مباشرة، مما يمنعك من رؤية السيارة نفسها.
“لذا، كان علينا أن ننتظر حتى يتلاشى بشكل كبير لمنحنا فرصة لرؤية المستعر الأعظم”.
باستخدام أداة مرسمة طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) الخاصة بـ JWST، لاحظ بلانشارد وزملاؤه شفق الأشعة تحت الحمراء للقارب. وكشف هذا عن وجود عناصر مثل الكالسيوم والأكسجين، وكلها من سمات المستعرات الأعظم.
لكن ما كان مفاجئًا هو أنه على الرغم من أن القارب هو أقوى انفجار كوني من نوعه تم اكتشافه على الإطلاق، إلا أن المستعر الأعظم الذي أحدثه بدا في الواقع متوسطًا جدًا لمثل هذا الموت النجمي المتفجر.
وقال بلانشارد: “إنها ليست أكثر سطوعًا من المستعرات الأعظمية السابقة. إنها تبدو طبيعية إلى حد ما في سياق المستعرات الأعظم الأخرى المرتبطة بـ GRBs الأقل نشاطًا”. “قد تتوقع أن نفس النجم المنهار الذي ينتج انفجارات GRB نشطة للغاية ومشرقة سينتج أيضًا مستعرًا أعظم نشيطًا ومشرقًا للغاية. ولكن اتضح أن هذا ليس هو الحال. لدينا هذا GRB شديد الإضاءة، ولكن مستعر أعظم عادي.”
الفريق ليس متأكدًا حاليًا من الكيفية التي يمكن بها لمستعر أعظم “طبيعي” أن يخلق انفجارًا من الطاقة بحجم القارب.
يعتقد عضو الفريق وأستاذ الفيزياء المساعد بجامعة يوتا، تاموي لاسكار، أن انفجارات GRB المتطرفة يمكن أن تكون نتيجة لشكل وبنية النفاثات السريعة القريبة من الضوء التي يتم إطلاقها عن طريق انهيار النجوم الضخمة أثناء قيامها بتكوين ثقوب سوداء. إذا كان نجم ضخم يدور بسرعة عندما ينهار، فإن الأشعة التي ينفجر بها تكون ضيقة، ثم أكثر تركيزًا، وبالتالي أكثر سطوعًا.
وقال لاسكار: “إن الأمر يشبه تركيز شعاع مصباح يدوي على عمود ضيق، بدلا من شعاع عريض يمتد عبر جدار كامل”. “في الواقع، كانت هذه واحدة من أضيق التدفقات التي شوهدت لانفجارات أشعة جاما حتى الآن، مما يعطينا تلميحًا عن سبب ظهور الشفق اللامع بهذا القدر من السطوع.
“قد تكون هناك عوامل أخرى مسؤولة أيضًا، وهو سؤال سيدرسه الباحثون لسنوات قادمة.”
علاوة على ذلك، هناك جانب آخر من هذا المستعر الأعظم والذي سيستدعي إجراء تحقيق أعمق بكثير، وهو ليس شيئًا يمتلكه، بل الأشياء التي يبدو أنه يفتقر إليها.
العناصر المفقودة
تشبه قلوب النجوم الأفران النجمية التي تدمج العناصر الخفيفة معًا لتكوين عناصر أثقل تدريجيًا. تشكل هذه العملية عناصر تصل إلى الحديد، ولكن بعد ذلك، حتى النجوم الأكثر ضخامة تكافح من أجل دمج العناصر الأثقل مثل الذهب والبلاتين.
لسنوات عديدة، اشتبه العلماء في أن هذه العناصر الأثقل نسبيًا تنشأ عندما تتصادم النجوم الميتة ذات الكثافة الهائلة والتي تسمى النجوم النيوترونية معًا، وقد لعب تلسكوب جيمس ويب الفضائي مؤخرًا دورًا رئيسيًا في المساعدة على تأكيد مثل هذه النظرية.
ومع ذلك، يعتقد الباحثون أيضًا أن البيئات القاسية التي نشأت حول المستعرات الأعظم القادرة على إطلاق انفجارات GRB يمكن أن تسهل “الالتقاط السريع” للنيوترونات، أو “عملية r”، التي تشكل عناصر مثل الذهب. السبب وراء هذا التخمين هو أن اصطدامات النجوم النيوترونية وحدها تبدو نادرة جدًا بحيث لا تؤدي إلى تكوين كميات من العناصر أثقل مما يراه العلماء الرئيسيون في الكون المبكر.
“من المحتمل أن يكون هناك مصدر آخر. يستغرق اندماج النجوم النيوترونية الثنائية وقتًا طويلاً للغاية. يجب أن ينفجر نجمان في نظام ثنائي أولاً ليتركا وراءهما نجومًا نيوترونية. وبعد ذلك، يمكن أن يستغرق الأمر مليارات ومليارات السنين حتى ينفجر النيوترونان”. قال بلانشارد: “النجوم تقترب ببطء أكثر فأكثر وتندمج في النهاية”. “لكن ملاحظات النجوم القديمة جدًا تشير إلى أن أجزاء من الكون كانت غنية بالمعادن الثقيلة قبل أن يكون لدى معظم النجوم النيوترونية الثنائية الوقت الكافي للاندماج.
“وهذا يوجهنا إلى قناة بديلة.”
تم الافتراض أن هذه القناة البديلة هي انهيار نجم ضخم وسريع الدوران، وهو النوع الدقيق للحدث الذي أكد العلماء الآن أنه أطلق القارب.
وباستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تمكن الفريق من النظر إلى الطبقات العميقة من هذا المستعر الأعظم، حيث ينبغي تشكيل العناصر الأثقل من الحديد. وقال بلانشارد: “إن المادة المنفجرة للنجم كانت معتمة في الأوقات المبكرة، لذا لا يمكنك رؤية سوى الطبقات الخارجية”. “ولكن بمجرد أن يتوسع ويبرد، يصبح شفافًا. بعد ذلك، يمكنك رؤية الفوتونات القادمة من الطبقة الداخلية للمستعر الأعظم. علاوة على ذلك، تمتص العناصر المختلفة وتطلق فوتونات بأطوال موجية مختلفة، اعتمادًا على بنيتها الذرية، مما يعطي كل عنصر تأثيرًا”. التوقيع الطيفي الفريد.”
وهذا يعني أن النظر إلى طيف الجسم يمكن أن يخبر علماء الفلك بالعناصر الموجودة.
وقال بلانشارد: “عند فحص طيف BOAT، لم نر أي أثر للعناصر الثقيلة، مما يشير إلى أن الأحداث المتطرفة مثل GRB 221009A ليست مصادر أولية”. “هذه معلومات مهمة بينما نواصل محاولة تحديد مكان تشكل العناصر الأثقل.”
يقول بلانشارد أيضًا إن عدم اكتشاف العناصر الثقيلة حول مصدر المستعر الأعظم لـ BOAT لا يعني أن العلماء يجب أن يتخلوا عن دراسة قناة GRB لإنتاج العناصر الثقيلة حتى الآن.
وقال: “هذا لا يعني أن جميع انفجارات GRB لا تنتجها، لكنها جزء أساسي من المعلومات بينما نواصل فهم مصدر هذه العناصر الثقيلة”. “ستحدد الملاحظات المستقبلية مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي ما إذا كان أبناء عمومة القارب “الطبيعيون” ينتجون هذه العناصر.”
بالإضافة إلى معرفة المزيد عن القارب وتأكيد أصوله من خلال تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تمكن الفريق أيضًا من اكتشاف توقيع نوبة مكثفة من تشكل النجوم في المجرة المضيفة للحدث. يشير هذا إلى أن النجم الذي مات حتى ولادة القارب ربما يكون قد تشكل في بيئة مختلفة عن نجوم المستعر الأعظم الأخرى.
أحد جوانب هذه المجرة التي يمكن أن تساعد في كشف أسرار القارب هو حقيقة أنها تحتوي على تركيز منخفض من العناصر الأثقل من الهيدروجين أو الهيليوم، والتي يطلق عليها علماء الفلك “المعادن”.
وقال عضو الفريق وطالب الدراسات العليا في جامعة ولاية بنسلفانيا ييجيا لي في البيان: “هذا جانب فريد آخر من جوانب القارب الذي قد يساعد في شرح خصائصه”.
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
وخلص بلانشارد إلى القول: “نحن محظوظون لأننا نعيش في وقت لدينا فيه التكنولوجيا اللازمة للكشف عن هذه الانفجارات التي تحدث في جميع أنحاء الكون”. “من المثير للغاية مراقبة ظاهرة فلكية نادرة مثل القارب والعمل على فهم الفيزياء وراء هذا الحدث الاستثنائي.”
ونُشر البحث يوم الجمعة (12 أبريل) في مجلة Nature Astronomy.