علماء الفلك يرون اللحظة الدقيقة تحول مستعر أعظم إلى ثقب أسود (أو نجم نيوتروني)

في 17 يونيو 2018 ، تم إصدار أطلس رصد التلسكوبات المزدوجة (نظام التنبيه الأخير لاصطدام الكويكب الأرضي) شيئًا ساطعًا بشكل غير عادي في السماء. كان المصدر على بعد 200 مليون سنة ضوئية في كوكبة هرقل. تم تسمية الكائن باسم AT2018cow أو 'The Cow'. اشتعلت البقرة بسرعة ، ثم اختفت بسرعة.

ماذا كان؟

نوع المستعر الأعظم؟

في البداية ، كانت الإجابة الواضحة أ سوبرنوفا . عندما تندلع بقعة مضيئة عابرة في السماء ، فهذا هو أول ما يعتقده علماء الفلك ، وأول شيء يحاولون تأكيده أو استبعاده.

هناك أنواع مختلفة من المستعرات الأعظمية. الأكثر شهرة يحدث في نهاية حياة النجم الضخم. في هذه الحالة ، لم يعد النجم قادرًا على تحمل الاندماج في صميمه. في النهاية ، تتغلب الجاذبية على النجم وتنهار. يتسبب هذا في انفجار هائل ينتج كمية هائلة من الطاقة لعدة أشهر.

المستعرات الأعظمية شديدة السطوع لدرجة أنها تتفوق على مجرتهم المضيفة. هذا SN1994D ، في أسفل اليسار ، يتفوق على مجرته المضيفة NGC 4526. حقوق الصورة: بواسطة NASA / ESA، CC BY 3.0، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=407520

نوع آخر يسببه قزم أبيض في نظام ثنائي مع نجم آخر. يمكن للقزم الأبيض أن يراكم المادة من رفيقه حتى يصل إلى كتلة حرجة ويحدث الاندماج الجامح. يمكن أن يكون هذا النوع من المستعرات الأعظمية أكثر سطوعًا من الشمس بمقدار 5 مليارات مرة.

'نعلم من النظرية أن الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية تتشكل عندما يموت نجم ، لكننا لم نرهم أبدًا بعد ولادتهم مباشرة. أبدا.'

رافاييلا مارغوتي ، جامعة نورث وسترن

المستعرات الأعظمية ليست نادرة تمامًا ، اعتمادًا على الطريقة التي تنظر بها إليها. يوجد حوالي ثلاثة منهم كل مائة عام في مجرة ​​درب التبانة. ولكن مع كل التلسكوبات القوية على الأرض ، نراها جيدًا خارج مجرتنا لأنها ساطعة جدًا. اكتشف أطلس ، نظام التلسكوب الذي رصد البقرة ، 2795 سوبر نوفا منذ أن بدأ عملياته في عام 2015. حتى علماء الفلك الهواة اكتشفهم .

لكن كل المستعرات الأعظمية تضيء لعدة أشهر. البقرة لم تدم طويلا. اشتعلت النيران بشكل ساطع لمدة 16 يومًا تقريبًا. استبعدت مدته القصيرة حدوث سوبر نوفا.

قال مارغوتي: 'علمنا على الفور أن هذا المصدر انتقل من غير نشط إلى ذروة سطوعه في غضون أيام قليلة فقط'. 'كان ذلك كافيًا لإثارة حماس الجميع لأنه كان غير عادي جدًا ، ووفقًا للمعايير الفلكية ، كان قريبًا جدًا.'

الثقب الأسود؟ أم نيوترون ستار؟

مثل السوبرنوفا ، كانت البقرة أيضًا مشرقة بشكل غير عادي. لكنها كانت أكثر سطوعًا من المستعر الأعظم بما يتراوح بين 10 إلى 100 مرة. بالنسبة لعلماء الفلك ، فإن مشاهدة مستعر أعظم نشط أمر مثير ، لكن البقرة كانت شيئًا آخر ، ولم يكن أحد متأكدًا من ذلك. انتشار الإثارة والفضول.

قال مارغوتي: 'اعتقدنا أنه يجب أن يكون سوبرنوفا'. 'لكن ما لاحظناه تحدى مفاهيمنا الحالية عن الموت النجمي.'

'نعتقد أن' البقرة 'هي تكوين ثقب أسود متراكم أو نجم نيوتروني.'

رافاييلا مارغوتي ، جامعة نورث وسترن

ذهب فريق من علماء الفلك بقيادة Raffaella Margutti من جامعة Northwestern إلى العمل. يدرس علماء الفلك الموت النجمي في الضوء المرئي ، لكن الفريق جمع عدة أنواع من الملاحظات من تلسكوبات مختلفة لمساعدتهم على فهم ما كانوا يرونه. قاموا بتحليل التركيب الكيميائي للبقرة ، والتي اشتملت على الهيدروجين والهيليوم. استبعد ذلك دمج الكائنات المدمجة كسبب.

مفهوم الفنان للنجم النيوتروني. الائتمان: ناسا

قاموا بجمع الصور بالأشعة السينية القوية ، والأشعة السينية ، وموجات جاما ، وموجات الراديو. لقد استخدموا من هو من التلسكوبات لدراسة البقرة ، بما في ذلك مرصد Keck ، ومرصد MMT ، وتلسكوب SoAR ، و NuSTAR ، و INTEGRAL ، و XMM Newton لدراسة البقرة. نظرًا لأنهم لم يعتمدوا فقط على الضوء المرئي ، فقد تمكنوا من دراسة البقرة بعد فترة طويلة من تلاشي اشتعالها الأولي. بدأوا في التكهن بما كانوا يرونه.

'استخدم فريقنا بيانات الأشعة السينية عالية الطاقة لإظهار أن البقرة لها خصائص مشابهة لجسم مضغوط مثل الثقب الأسود أو مادة تستهلك النجوم النيوترونية. ولكن بناءً على ما رأيناه في الأطوال الموجية الأخرى ، نعتقد أن هذه حالة خاصة وربما لاحظنا - لأول مرة - إنشاء جسم مضغوط في الوقت الفعلي '.

يعتقد الفريق أنهم شهدوا بالضبط اللحظة التي انهار فيها مستعر أعظم ليشكل جسمًا مضغوطًا ؛ إما ثقب أسود أو نجم نيوتروني.

قال نورث وسترن: 'نعتقد أن' البقرة 'هي تكوين ثقب أسود متراكم أو نجم نيوتروني. رافاييلا مارغوتي ، الذي قاد البحث. 'نعلم من النظرية أن الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية تتشكل عندما يموت نجم ، لكننا لم نرهم أبدًا بعد ولادتهم مباشرة. أبدا.'

البقرة العارية

النجوم تنهار في الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية طوال الوقت. الحدث نفسه ليس نادرًا تمامًا. لكن من النادر رؤية ذلك. تمكن Margutti وبقية الفريق من دراسة البقرة عن كثب لأنها كانت عارية بطريقة ما.

عادة ، عندما ينهار نجم في ثقب أسود أو نجم نيوتروني ، يتم إخفاء الحدث عن الأنظار داخل كفن من الغاز والغبار المتبقي من المستعر الأعظم السابق. في هذه الحالة ، كانت المواد أقل بعشر مرات مما هي عليه في العادة. كان علماء الفلك قادرين على النظر مباشرة إلى قلب الحدث المسمى 'المحرك المركزي'.

عادةً ، يُحاط المستعر الأعظم بسحابة كثيفة من المقذوفات. هذه صورة فسيفساء لكاسيوبيا أ ، بقايا مستعر أعظم ، التقطتها تلسكوبات هابل وسبيتزر الفضائية. الائتمان: NASA / JPL-Caltech / STScI / CXC / SAO

قال مارغوتي: 'كان' مصباح كهربائي 'يجلس عميقاً داخل مقذوف الانفجار'. 'كان من الصعب رؤية هذا في انفجار نجمي عادي. لكن البقرة كانت تمتلك كتلة مقذوفة قليلة جدًا ، مما سمح لنا بمشاهدة إشعاع المحرك المركزي مباشرةً '.

البقرة أيضًا قريبة منا ، من الناحية الفلكية ، مما يسهل دراستها. إنه على بعد 200 مليون سنة ضوئية فقط ، في المجرة القزمة CGCG 137-068.

قدمت مارجوتي وفريقها نتائجهم في الاجتماع الفلكي الأمريكي 233 الأسبوع الماضي. يتم نشر نتائجهم أيضًا في a ورق .

أو يمكن أن يكون شيئا آخر

توصل فريق آخر من علماء الفلك ، بقيادة بول كوين ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كوليدج لندن ، إلى نتيجة مختلفة. يعتقدون أن البقرة هي نجمة تمزقها ما يسمى 'بحدث اضطراب المد والجزر'.

'لم نر أبدًا أي شيء مثل البقرة تمامًا ، وهو أمر مثير للغاية.'

آمي لين ، جامعة ماريلاند ، مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

يحدث اضطراب المد والجزر لنجم يقترب من ثقب أسود قوي. تمزق الجاذبية من الثقب الأسود النجم إلى تيار من الغاز. يقذف الثقب الأسود ذيل تيار الغاز من نظام الثقب الأسود ، لكن الحافة الأمامية للتيار تدور حول الثقب وتصطدم في النهاية بنفسها.

قالت إيمي لين ، باحثة مساعدة في جامعة ماريلاند ، مقاطعة بالتيمور و مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. 'نعتقد أن اضطراب المد والجزر أدى إلى اندفاع سريع وغير عادي حقًا للضوء في بداية الحدث وأفضل ما يفسر ملاحظات سويفت متعددة الأطوال الموجية لأنها تلاشت خلال الأشهر القليلة المقبلة.'

يعتقد هذا الفريق الثاني من الباحثين أن النجم الذي تم تقطيعه كان قزمًا أبيض ، وهو نفس النوع من النجوم التي ستصبح شمسنا في النهاية. قاموا أيضًا بحساب حجم الثقب الأسود وخلصوا إلى أن كتلته ستكون بين 100000 إلى 1 مليون ضعف كتلة الشمس. وهذا يجعلها ثقبًا أسودًا هائلاً ، مشابهًا في الحجم للثقب الموجود في مركز مجرة ​​البقرة. سيكون هذا غير عادي للغاية ، لكنه ليس مستحيلاً.

قال المؤلف الرئيسي بول كوين ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كلية لندن (UCL). 'تمزيق نجم أكبر لإنتاج سحابة كهذه يتطلب ثقبًا أسود أكبر ، مما يؤدي إلى زيادة سطوع أبطأ ويستغرق وقتًا أطول حتى يتم استهلاك الحطام.'

شارك فريق Kuin أيضًا النتائج التي توصلوا إليها في الاجتماع 233 AAS ، وتم نشر نتائجهم في a ورق .

مصادر:

• جامعة نورث وسترن ولادة ثقب أسود أو نجم نيوتروني تم التقاطه لأول مرة
• بيان صحفي لناسا: بقرة مقدسة! انفجار غامض تمت دراسته باستخدام تلسكوبات ناسا
• ورقة ابحاث: يضيء مصدر الأشعة السينية المضمن من خلال AT2018 Cow الكروي: يكشف عن الأعمال الداخلية لأكثر الحركات الضوئية سريعة التطور سطوعًا
• ورقة ابحاث: الأطياف السريعة لـ AT2018 البقرة: حدث اضطراب المد والجزر القزم الأبيض؟