رسم توضيحي لفنان لانفجار أشعة جاما. رصيد الصورة: ناسا. اضغط للتكبير.
توفر الملاحظات التي أجراها اثنان من أكبر التلسكوبات في العالم دليلًا قويًا على أن نوعًا غريبًا من النجوم المتفجرة قد يكون أصل انفجارات أشعة غاما المراوغة التي حيرت العلماء لأكثر من 30 عامًا.
استنتج فريق من علماء الفلك من إيطاليا واليابان وألمانيا والولايات المتحدة ، بما في ذلك جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، من الملاحظات باستخدام تلسكوبات كيك وسوبارو في هاواي أن نجوم الكربون / الأكسجين العارية التي تتسطح عندما تنهار في ثقب أسود مرشحات جيدة لمصدر رشقات أشعة جاما.
على الرغم من أن علماء الفلك قد لاحظوا بضع رشقات نارية مرتبطة بهذا النوع من المستعرات الأعظمية - مستعر أعظم من النوع الأول يسمى أحيانًا هايبرنوفا - نظرية كيفية إنتاج الهايبرنوفا لأشعة جاما لا تزال تخمينية. الملاحظات الجديدة ، على الرغم من أنها ليست مسدسًا قويًا ، تقدم دليلاً رئيسًا على صحة النظرية ، المسماة نموذج Collapsar. يشرح النموذج كيف ينتج نجم متفجر غير متماثل شعاعًا ضيقًا من المادة والطاقة من كل قطب يولد انفجارًا مكثفًا لأشعة غاما ، في حين أن غياب غلاف الهيدروجين والهيليوم سيسمح للانفجار بالهروب.
'يبدو أنه لإنتاج انفجار أشعة غاما ، يجب أن يكون المستعر الأعظم الذي ينهار في قلبه غير متماثل في آلية الانفجار ، بحيث يكون هناك محور طبيعي يمكن للمادة أن تتدفق على طوله بسهولة ، وخالٍ من غلاف الهيدروجين ، لذلك قال المؤلف المشارك أليكس فيليبينكو ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، إن الطائرة لا تضطر إلى اختراق الكثير من المواد.
أعلن الفريق ، بقيادة باولو مازالي من مرصد تريست في إيطاليا ومعهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في جارشينج بألمانيا ، النتائج التي توصلوا إليها في ورقة بحثية نُشرت في عدد 27 مايو من مجلة Science.
قال رايان فولي ، طالب الدراسات العليا بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، إن حقيقة عدم ملاحظة انفجار أشعة جاما مع هذا المستعر الأعظم تتفق في الواقع مع التوقعات.
قال فولي: 'تشير هذه الملاحظات إلى أن نموذج الانهيار ربما يكون صحيحًا وأن بعضًا من المستعرات الأعظمية من النوع الأول تبدو وكأنها انفجارات خارج المحور لأشعة غاما ، حيث يشير انفجار أشعة جاما في اتجاه ما بخلاف الأرض'.
انفجارات أشعة جاما قصيرة ولكنها ومضات من الأشعة السينية وأشعة جاما التي يبدو أنها تنفجر عشوائياً في السماء مرة واحدة في اليوم ، وتتفوق لفترة وجيزة على الشمس مليون تريليون مرة. استغرق الأمر حتى عام 1997 لإثبات أنها نشأت خارج مجرتنا درب التبانة ، وخلال السنوات القليلة الماضية فقط حصل علماء الفلك على تلميحات محيرة بأن الانفجارات مرتبطة بالمستعرات الأعظمية.
نظرًا لكونها شديدة السطوع ، يجب أن تكون انفجارات أشعة جاما عبارة عن شعاع موازٍ ، مشابه لمخروط الضوء المنبعث من المنارة ، ولكنه أضيق منه. خلاف ذلك ، فإن الطاقة في الانفجار ستكون مكافئة للتحويل الفوري لكتلة عدة شموس إلى كرة نارية من الطاقة.
السيناريو الأكثر شيوعًا هو أن النجم المنهار يولد حزمتين متوازيتين للغاية أو نفاثات من الجسيمات والطاقة التي تومض للخارج من القطبين. تولد الجسيمات والطاقة موجة صدمة عندما تضرب الغاز والغبار حول النجم ، والتي بدورها تسرع الجسيمات إلى طاقات تنبعث منها ضوءًا عالي الطاقة: أشعة جاما والأشعة السينية. يتلاشى الاندفاع الأولي خلال بضع ثوانٍ ، ولكن يمكن أن تكون موجات الصدمة الناتجة ('الشفق اللاحق') مرئية للتلسكوبات البصرية والراديوية والأشعة السينية لعدة أيام بعد الانفجار.
يُعد المستعر الأعظم من النوع Ic مرشحًا محتملاً لنوع المستعر الأعظم الذي يمكن أن ينتج انفجار أشعة غاما. المستعرات الأعظمية من النوع الأول تنتج عن النجوم الضخمة التي أطلقت رياحها غلافها الخارجي من الهيدروجين وغالبًا كل الهيليوم ، أو فقدت هذه الطبقات الخارجية لمرافق ثنائي. لم يتبق سوى اللب ، مكونًا من العناصر الناتجة عن الاندماج في مركز النجم - معظمها من الكربون والأكسجين ولكن العناصر الثقيلة الأخرى أيضًا ، وصولاً إلى مركز الحديد الصلب.
تقترح نظرية الانهيار أن المجال الحديدي الصلب في قلب النجم ينهار تحت تأثير الجاذبية إلى ثقب أسود ، لكن الانهيار في جزء من الثانية يحدث بطريقة فريدة. عندما يسقط الحديد والمادة المحيطة إلى الداخل ، يزداد دوران اللب ، مما يؤدي إلى تسطيح المادة المتساقطة إلى قرص يتدفق إلى الداخل على طول خط الاستواء. يدفع احتقان المادة المتساقطة بعضًا منها للخارج على طول المسار الأقل مقاومة - فتحتا النفث في أي من القطبين.
المادة المنبعثة من القطبين تصطدم بالطبقات الأخرى للنجم ، والتي قد لا تكون قادرة على اختراقها. من المفترض أن يؤدي عدم وجود مغلف من الهيدروجين والهيليوم إلى زيادة فرص اختراق الطائرة.
قال فولي: 'إنه يحتوي على قدر كبير من الطاقة لدرجة أنه يدفع من خلال هذه الطبقات الخارجية للنجم ، والتي تكون ذات كثافة صغيرة نسبيًا مقارنة بقرص المادة المتساقطة في مركز النجم'. 'في النهاية ، إذا ضربت ، لديك طائرة أشعة جاما النفاثة. قد تكون بعض المستعرات الأعظمية من النوع الأول عبارة عن انفجارات أشعة جاما الفاشلة ، مما يعني أن الطائرة حاولت الدفع للخارج ، ولكن كان هناك الكثير من المواد في الطريق ، ولم تنفجر فعليًا. هذا من شأنه أن يفسر سبب عدم رؤيتنا لانفجارات أشعة جاما مرتبطة ببعض هذه الأجسام '.
إذا كانت النظرية صحيحة ، يجب أن يرى علماء الفلك أشياء مختلفة اعتمادًا على ما إذا كانت الطائرة موجهة نحو الأرض أو بعيدًا عنها. إذا خرجت الطائرة بشكل عمودي على خط بصرنا ، على سبيل المثال ، لن يكون هناك انفجار لأشعة غاما ، ولكن يجب ملاحظة الجوانب الأخرى لموجة انفجار المستعر الأعظم المتوسعة. على وجه الخصوص ، يجب أن يُظهر طيف المستعر الأعظم بعد عام أو نحو ذلك من انفجاره خطوط انبعاث لعناصر ، مثل الأكسجين ، التي تنقسم ، وتحول إحداها قليلاً إلى أطوال موجية أقل والأخرى تتحول إلى أطوال موجية أعلى. سيأتي الخطان من جوانب متقابلة للقرص المتوسع حول المنطقة الاستوائية للثقب الأسود المتبقي ، أحدهما دوبلر يتجه نحو الأحمر لأنه يتحرك بعيدًا عنا ، والآخر يتحول إلى اللون الأزرق لأنه يتحرك نحونا. لن تكون هذه الخطوط المنقسمة أو المزدوجة مرئية من منظور قطبي.
منذ حوالي عامين ، في 25 أكتوبر 2003 ، اكتشف باحثو جامعة كاليفورنيا في بيركلي مستعر أعظم من النوع الأول باستخدام تلسكوب البحث الآلي للمستعر الأعظم فيلبينكو ، تلسكوب كاتزمان التلقائي للتصوير (KAIT) في مرصد ليك بجامعة كاليفورنيا. كان المستعر الأعظم ، المسمى SN 2003jd ، على بعد حوالي 260 مليون سنة ضوئية في كوكبة الدلو. على الرغم من عدم تسجيل أي انفجار مرتبط بأشعة غاما ، إلا أن المستعر الأعظم بدا ساطعًا مثل المستعرات الأعظمية المرتبطة سابقًا بانفجارات أشعة جاما ، لذلك قرر الفريق الدولي الذي أبلغ هذا الأسبوع في مجلة Science النظر مرة أخرى في المستعر الأعظم ، مع أخذ طيفه في البحث. من خطوط الانبعاث ذات الذروة المزدوجة.
قال مازالي: 'لقد استرشدت هذه الملاحظات في الواقع من خلال تنبؤاتنا النظرية'. 'كانت الفكرة أن المستعر الأعظم اللامع من النوع Ic ، غير المصحوب بانفجار أشعة غاما ، يمكن أن يكون بالضبط ما كنا نبحث عنه: حدث خارج المحور يمكن أن يؤكد توقعاتنا.'
لاحظ كوجي كواباتا من جامعة هيروشيما ، كينيتشي نوموتو من جامعة طوكيو وزملاؤه السديم المتبقي مع تلسكوب سوبارو البالغ قطره 8.2 مترًا في 12 سبتمبر 2004 ، بعد حوالي 330 يومًا من انفجاره. بعد ذلك ، قام Filippenko و Foley بتشغيل تلسكوب Keck الذي يبلغ طوله 10 أمتار على السديم في 19 أكتوبر 2004 ، بعد حوالي 370 يومًا من الانفجار الأولي ، للحصول على صور طيفية باستخدام مطياف التصوير منخفض الدقة (LRIS). يقع كلا التلسكوبين فوق بركان ماونا كيا في جزيرة هاواي. يتم تشغيل سوبارو من قبل المرصد الفلكي الوطني في اليابان ، بينما يتم تشغيل مرصد كيك من قبل جمعية كاليفورنيا لأبحاث علم الفلك ، التي يضم مجلس إدارتها ممثلين من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) وجامعة كاليفورنيا.
قام كواباتا ومزالي وفريقه بتحليل الأطياف ، وكشفوا أنهم يعرضون خطوط انبعاث الأكسجين والمغنيسيوم المنقسمة تمامًا كما هو متوقع إذا كان نموذج الانهيار لإنتاج أشعة غاما صحيحًا. كان هذا أول مستعر أعظم من النوع Ic يُظهر خطوط الأكسجين المنقسمة.
'الطائرات هي توقيع النموذج ، مما يعني أنه لن يتم توجيه جميع الانفجارات إلينا مباشرة. قال فولي: 'إذا نظرنا إلى هذه الأشياء في كل مرة يبدو أنها تشير إلينا ، فهذا يعني أن النموذج ربما يكون معيبًا'. يتنبأ النموذج بأن نسبة معينة من هذه الأجسام يجب أن تبدو مثل هذا المستعر الأعظم (SN 2003jd). الآن وقد وجدنا واحدة من هؤلاء ، زادت مصداقية النموذج '.
لرؤية خطوط الأكسجين المزدوجة هذه ، يجب أن يُنظر إلى سديم المستعر الأعظم في حدود 20 درجة من القرص المتوسع ، وهو موقف نادر يمكن أن يفسر سبب عدم إظهار المستعرات الأعظمية الأخرى من النوع الأول ، بما في ذلك بعضها المرتبط بانفجار أشعة غاما ، بالانقسام خط الأكسجين.
قال فيليبنكو: '(ملاحظاتنا) تعزز العلاقة بين انفجارات أشعة غاما والمستعرات الأعظمية من النوع Ic من خلال إظهار أن النوع Ic SN 2003jd كان بالفعل انفجارًا غير متماثل تصادف أن محور الطرد الرئيسي لم يكن يشير إلينا'.
المؤلفون الآخرون للورقة هم كيتشي مايدا وجينسونغ دينغ ونوزومو توميناغا من جامعة طوكيو. إنريكو راميريز رويز من معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيو جيرسي ؛ ستيفانو بينيتي من المرصد الفلكي في بادوفا بإيطاليا ؛ إلينا بيان من مرصد ترييستي ؛ Youichi Ohyama من تلسكوب سوبارو ؛ Masanori Iye من المرصد الفلكي الوطني الياباني ؛ توماس ماثيسون من المرصد الوطني لعلم الفلك البصري في توسكون ، أريزونا ؛ ليفان وانغ من مختبر لورانس بيركلي الوطني ؛ وأفيشاي غال-يام من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
تم دعم العمل جزئيًا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم والجمعية اليابانية لتعزيز العلوم ووزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا اليابانية.
المصدر الأصلي: بيان صحفي بيركلي
