عندما تنفجر النجوم البعيدة، فإنها ترسل ومضات من الطاقة تسمى انفجارات أشعة جاما، وهي مشرقة بدرجة كافية بحيث تتمكن التلسكوبات الموجودة على الأرض من اكتشافها. إن دراسة هذه النبضات، والتي يمكن أن تأتي أيضًا من اندماج بعض الأجسام الفلكية الغريبة مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية، يمكن أن تساعد علماء الفلك مثلي على فهم تاريخ الكون.
تكتشف التلسكوبات الفضائية في المتوسط انفجارًا واحدًا من أشعة جاما يوميًا، إضافة إلى آلاف الانفجارات المكتشفة على مر السنين، ويعمل مجتمع من المتطوعين على جعل البحث في هذه الانفجارات أمرًا ممكنًا.
في 20 نوفمبر 2004، أطلقت وكالة ناسا مرصد نيل جيرلز سويفت، المعروف أيضًا باسم سويفت. Swift هو تلسكوب فضائي متعدد الأطوال الموجية يستخدمه العلماء لمعرفة المزيد عن ومضات أشعة جاما الغامضة القادمة من الكون.
عادةً ما تستمر انفجارات أشعة جاما لفترة قصيرة جدًا، من بضع ثوانٍ إلى بضع دقائق، وأغلبية انبعاثها تكون على شكل أشعة جاما، وهي جزء من طيف الضوء الذي لا تستطيع أعيننا رؤيته. تحتوي أشعة جاما على الكثير من الطاقة ويمكن أن تلحق الضرر بالأنسجة البشرية والحمض النووي.
ولحسن الحظ، يحجب الغلاف الجوي للأرض معظم أشعة جاما من الفضاء، ولكن هذا يعني أيضًا أن الطريقة الوحيدة لمراقبة انفجارات أشعة جاما هي من خلال تلسكوب فضائي مثل سويفت. طوال 19 عامًا من الملاحظات، رصد سويفت أكثر من 1600 انفجارًا لأشعة جاما. وتساعد المعلومات التي تجمعها من هذه الانفجارات علماء الفلك على الأرض في قياس المسافات إلى هذه الأجسام.
إذا نظرنا إلى الوراء في الوقت المناسب
لقد علمت البيانات الواردة من سويفت والمراصد الأخرى علماء الفلك أن انفجارات أشعة جاما هي واحدة من أقوى الانفجارات في الكون. إنها مشرقة جدًا لدرجة أن التلسكوبات الفضائية مثل Swift يمكنها اكتشافها من جميع أنحاء الكون بأكمله.
في الواقع، تعد انفجارات أشعة جاما من بين أبعد الأجسام الفيزيائية الفلكية التي ترصدها التلسكوبات.
نظرًا لأن الضوء ينتقل بسرعة محدودة، فإن علماء الفلك ينظرون بشكل فعال إلى الوراء في الوقت المناسب عندما ينظرون إلى أبعد في الكون.
حدث أبعد انفجار لأشعة جاما تم رصده على الإطلاق، حيث استغرق ضوءه 13 مليار سنة للوصول إلى الأرض. لذلك عندما التقطت التلسكوبات صورًا لانفجار أشعة جاما، رصدوا الحدث كما بدا قبل 13 مليار سنة.
تسمح انفجارات أشعة جاما لعلماء الفلك بالتعرف على تاريخ الكون، بما في ذلك كيفية تغير معدل الولادات وكتلة النجوم بمرور الوقت.
أنواع انفجارات أشعة جاما
يعرف علماء الفلك الآن أن هناك نوعين أساسيين من انفجارات أشعة جاما – الطويلة والقصيرة. يتم تصنيفها حسب مدة استمرار نبضاتها. تحتوي انفجارات أشعة جاما الطويلة على نبضات أطول من ثانيتين، وترتبط بعض هذه الأحداث على الأقل بالمستعرات الأعظم – النجوم المتفجرة.
عندما ينفد الوقود من نجم ضخم، أو نجم أكبر من شمسنا بثماني مرات على الأقل، فإنه سينفجر كمستعر أعظم وينهار إما إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود.
كل من النجوم النيوترونية والثقوب السوداء مضغوطة للغاية. إذا قمت بتقليص حجم الشمس بأكملها إلى قطر يبلغ حوالي 12 ميلاً، أو بحجم مانهاتن، فستكون كثيفة مثل النجم النيوتروني.
يمكن لبعض النجوم الضخمة أيضًا إطلاق نفاثات من الضوء عندما تنفجر. هذه النفاثات عبارة عن حزم مركزة من الضوء مدعومة بمجالات مغناطيسية منظمة وجزيئات مشحونة. عندما يتم توجيه هذه التدفقات نحو الأرض، فإن التلسكوبات مثل سويفت سوف تكتشف انفجار أشعة غاما.
ومن ناحية أخرى، فإن انفجارات أشعة جاما القصيرة لها نبضات أقصر من ثانيتين. ويشتبه علماء الفلك في أن معظم هذه الانفجارات القصيرة تحدث عند اندماج نجمين نيوترونيين أو نجم نيوتروني وثقب أسود.
عندما يقترب نجم نيوتروني كثيرًا من نجم نيوتروني آخر أو ثقب أسود، فإن الجسمين سيدوران حول بعضهما البعض، ويقتربان أكثر فأكثر حيث يفقدان بعضًا من طاقتهما من خلال موجات الجاذبية.
تندمج هذه الأجسام في النهاية وتصدر نفاثات قصيرة. عندما يتم توجيه التدفقات القصيرة نحو الأرض، يمكن للتلسكوبات الفضائية اكتشافها على أنها انفجارات قصيرة لأشعة غاما.
تصنيف انفجارات أشعة جاما
إن تصنيف الدفقات على أنها قصيرة أو طويلة ليس بهذه البساطة دائمًا. في السنوات القليلة الماضية، اكتشف علماء الفلك بعض انفجارات أشعة غاما القصيرة والغريبة المرتبطة بالمستعرات الأعظمية بدلاً من الاندماجات المتوقعة. وقد عثروا على بعض انفجارات أشعة جاما الطويلة المرتبطة بالاندماجات بدلاً من المستعرات الأعظم.
تُظهر هذه الحالات المربكة أن علماء الفلك لا يفهمون تمامًا كيفية إنشاء انفجارات أشعة جاما. ويشيرون إلى أن علماء الفلك بحاجة إلى فهم أفضل لأشكال نبضات أشعة جاما من أجل ربط النبضات بأصولها بشكل أفضل.
لكن من الصعب تصنيف شكل النبضة، الذي يختلف عن مدة النبضة، بشكل منهجي. يمكن أن تكون أشكال النبض متنوعة ومعقدة للغاية. حتى الآن، حتى خوارزميات التعلم الآلي لم تكن قادرة على التعرف بشكل صحيح على جميع هياكل النبض التفصيلية التي يهتم بها علماء الفلك.
علم المجتمع
لقد استعيننا أنا وزملائي بمتطوعين من خلال وكالة ناسا لتحديد بنيات النبض. ويتعلم المتطوعون كيفية التعرف على تركيبات النبض، ثم ينظرون إلى الصور الموجودة على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم ويصنفونها.
تشير نتائجنا الأولية إلى أن هؤلاء المتطوعين – الذين يشار إليهم أيضًا باسم العلماء المواطنين – يمكنهم التعلم والتعرف بسرعة على الهياكل المعقدة لنبضات أشعة جاما. سيساعد تحليل هذه البيانات علماء الفلك على فهم كيفية إنشاء هذه الانفجارات الغامضة بشكل أفضل.
ويأمل فريقنا في معرفة ما إذا كان المزيد من انفجارات أشعة جاما في العينة يتحدى التصنيف القصير والطويل السابق. سنستخدم البيانات لاستكشاف تاريخ الكون بشكل أكثر دقة من خلال عمليات رصد انفجارات أشعة جاما.
لقد تطور هذا المشروع العلمي للمواطنين، والذي يسمى Burst Chaser، منذ النتائج الأولية التي توصلنا إليها، ونحن نعمل بنشاط على تجنيد متطوعين جدد للانضمام إلى سعينا لدراسة الأصول الغامضة وراء هذه الانفجارات.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: إيمي لين، جامعة تامبا.
اقرأ أكثر:
تتلقى إيمي لين تمويلًا من برنامج تمويل بذور العلوم للمواطنين التابع لناسا.