نوع جديد من أشعة جاما المتدفقة يدوم طويلاً

وفقًا لعالم الفلك أندرو ليفان ، هناك قول مأثور قديم في دراسة انفجارات أشعة جاما: 'عندما رأيت انفجارًا واحدًا لأشعة غاما ، رأيت ... انفجارًا واحدًا فقط لأشعة جاما. أنهملاقال خلال مؤتمر صحفي في 16 أبريل ، ناقش اكتشاف نوع مختلف تمامًا من GRB - وهو النوع الذي يأتي بنكهة جديدة طويلة الأمد.

تم اكتشاف ثلاثة من هذه الانفجارات النجمية غير المعتادة طويلة الأمد مؤخرًا باستخدام القمر الصناعي Swift والتلسكوبات الدولية الأخرى ، وواحد ، يسمى GRB 111209A ، هو الأطول من GRB على الإطلاق ، مع مدة لا تقل عن 25000 ثانية ، أو حوالي 7 ساعات.

قال Bruce Gendre ، الباحث المرتبط الآن بالمركز الوطني الفرنسي للبحوث العلمية الذي قاد هذه الدراسة أثناء وجوده في مركز بيانات العلوم التابع لوكالة الفضاء الإيطالية في فراسكاتي ، إيطاليا. 'لقد تسبب في أقوى انفجار نجمي في التاريخ الحديث ، وعلى الأرجح منذ حدوث الانفجار العظيم.'

قال علماء الفلك إن هذه النجوم الثلاثة تمثل فئة غير معترف بها سابقًا من هذه الانفجارات النجمية ، والتي تنشأ من الموت الكارثي لنجوم عملاقة أكبر بمئات المرات من شمسنا. انفجارات GRBs هي أكثر الانفجارات غموضًا وإشراقًا في الكون. تنبعث من الانفجارات موجات من أشعة جاما - أقوى أشكال الضوء - بالإضافة إلى الأشعة السينية ، وتنتج أشواقًا لاحقة يمكن ملاحظتها في الطاقات الضوئية والراديوية.

يكتشف Swift وتلسكوب Fermi ومركبات فضائية أخرى متوسط ​​GRB واحد كل يوم. بالنسبة إلى سبب عدم اكتشاف هذا النوع من GRB من قبل ، أوضح ليفان أنه من الصعب العثور على هذا النوع الجديد نظرًا لطول مدة استمراره.

قال ليفان لـ Universe Today: 'تكتشف تلسكوبات أشعة جاما عادةً ارتفاعًا سريعًا ، وتبحث عن انفجار - كم عدد أشعة جاما القادمة من السماء'. 'لكن هذه GRBs الجديدة تضع الطاقة على مدى فترة طويلة من الزمن ، أكثر من 10000 ثانية بدلاً من 100 ثانية المعتادة. نظرًا لأنه منتشر ، يصعب اكتشافه ، وفقط منذ إطلاق Swift ، أصبح لدينا القدرة على بناء صور GBS عبر السماء. لاكتشاف هذا النوع الجديد ، عليك إضافة كل الضوء خلال فترة زمنية طويلة '.

ليفان عالِم فلك بجامعة وارويك في كوفنتري بإنجلترا.

وأضاف أن هذه الذرات التي تدوم طويلاً كانت على الأرجح أكثر شيوعًا في ماضي الكون.

يتم عرض عدد ومدة وفئة الاندفاع لـ GRBs التي لاحظها Swift في هذه المؤامرة. تربط الألوان كل فئة من فئات GRB بالرسوم التوضيحية الموجودة أعلى الرسم ، والتي تُظهر الأحجام المقدرة لنجوم المصدر. للمقارنة ، يمثل عرض الدائرة الصفراء نجمًا أكبر بحوالي 20 بالمائة من الشمس. الائتمان: أندرو ليفان ، جامعة. وارويك.

تقليديا ، تعرف علماء الفلك على نوعين من أشعة جاما: قصيرة وطويلة ، بناءً على مدة إشارة أشعة جاما. تدوم الدفقات القصيرة ثانيتين أو أقل ويُعتقد أنها تمثل اندماجًا لأجسام مضغوطة في نظام ثنائي ، مع احتمال أن تكون النجوم النيوترونية والثقوب السوداء مشتبه بها. قد تدوم GRBs الطويلة في أي مكان من عدة ثوانٍ إلى عدة دقائق ، مع فترات نموذجية تتراوح بين 20 و 50 ثانية. يُعتقد أن هذه الأحداث مرتبطة بانهيار نجم عدة أضعاف كتلة الشمس وما ينتج عن ذلك من ولادة ثقب أسود جديد.

قال ليفان خلال الإحاطة: 'إنها عملية عشوائية للغاية ويبدو أن كل GRB مختلف تمامًا'. 'لديهم جميعًا مجموعة من المدد ومجموعة من الطاقات. سيستغرق الأمر عينة أكبر بكثير لمعرفة ما إذا كان هذا النوع الجديد به تعقيدات أكثر من انفجارات أشعة جاما العادية '.

تؤدي جميع أنواع GRBs إلى ظهور نفاثات قوية تدفع المادة بسرعة تقارب سرعة الضوء في اتجاهين متعاكسين. عندما تتفاعل مع المادة داخل وحول النجم ، تنتج النفاثات ارتفاعًا من الضوء عالي الطاقة.

أجرى جيندر وزملاؤه دراسة مفصلة عن GRB 111209A ، والتي اندلعت في 9 ديسمبر 2011 ، باستخدام بيانات أشعة غاما من أداة كونوس على مركبة Wind الفضائية التابعة لناسا ، ورصد الأشعة السينية من Swift والقمر الصناعي XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. ، والبيانات الضوئية من مرصد TAROT الروبوتي في La Silla ، تشيلي. إن الاندفاع لمدة 7 ساعات هو أطول مدة تم تسجيلها من GRB على الإطلاق.

حدث آخر ، GRB 101225A ، انفجر في 25 ديسمبر 2010 وأنتج انبعاثات عالية الطاقة لمدة ساعتين على الأقل. لاحقًا أطلق عليها اسم 'انفجار الكريسماس' ، وكانت مسافة الحدث غير معروفة ، مما دفع فريقين للتوصل إلى تفسيرات فيزيائية مختلفة جذريًا. خلصت إحدى المجموعات إلى أن الانفجار نتج عن سقوط كويكب أو مذنب على نجم نيوتروني داخل مجرتنا. قرر فريق آخر أن الانفجار كان نتيجة حدث اندماج في نظام ثنائي غريب يقع على بعد حوالي 3.5 مليار سنة ضوئية.

قال ليفان: 'نحن نعلم الآن أن انفجار عيد الميلاد حدث بعيدًا جدًا ، أكثر من منتصف الطريق عبر الكون المرئي ، وبالتالي كان أقوى بكثير مما تخيله هؤلاء الباحثون'.

باستخدام تلسكوب الجوزاء الشمالي في هاواي ، حصل ليفان وفريقه على طيف من المجرة الباهتة التي استضافت انفجار عيد الميلاد. مكن هذا العلماء من تحديد خطوط انبعاث الأكسجين والهيدروجين وتحديد مقدار إزاحة هذه الخطوط إلى طاقات أقل مقارنة بمظهرها في المختبر. هذا الاختلاف ، المعروف لدى علماء الفلك بالانزياح الأحمر ، يضع الانفجار على بعد حوالي 7 مليارات سنة ضوئية.

قام فريق ليفان أيضًا بفحص 111209A والانفجار الأحدث 121027A ، والذي انفجر في 27 أكتوبر 2012. أظهروا جميعًا انبعاثًا مشابهًا للأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والبصرية ، وجميعهم نشأوا من المناطق المركزية للمجرات المدمجة التي كانت تشكل النجوم بنشاط. خلص علماء الفلك إلى أن جميع أنواع GRBs الثلاثة تشكل نوعًا جديدًا من GRB ، والتي يطلقون عليها رشقات نارية 'طويلة جدًا'.

يقترح علماء الفلك أن النجوم العملاقة الزرقاء قد تكون المصادر الأكثر احتمالا لـ GRBs طويلة المدى. تمتلك هذه النجوم حوالي 20 ضعف كتلة الشمس وقد تصل إلى أحجام أكبر 1000 مرة من الشمس ، مما يجعلها واسعة بما يكفي لتمتد على مدار كوكب المشتري. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / S. Wiessinger.

قال ليفان: 'تنشأ GRBs الطويلة جدًا من نجوم كبيرة جدًا ، ربما بحجم مدار كوكب المشتري. نظرًا لأن المادة التي تسقط على الثقب الأسود من حافة النجم يجب أن تتساقط أكثر ، فإنها تستغرق وقتًا أطول للوصول إلى هناك. نظرًا لأن الوصول إلى هناك يستغرق وقتًا أطول ، فإنه يمد الطائرة بالطاقة لفترة أطول ، مما يمنحها الوقت للخروج من النجم '.

قال ليفان إن نجوم Wolf-Rayet يناسبون الوصف بشكل أفضل. وقال: 'لقد ولدوا بأكثر من 25 مرة من كتلة الشمس ، لكنهم يحترقون بحرارة شديدة لدرجة أنهم يبتعدون عن الطبقة الخارجية العميقة من الهيدروجين كتدفق خارجي نسميه الرياح النجمية'. يؤدي تجريد الغلاف الجوي للنجم بعيدًا إلى ترك جسم ضخم بما يكفي لتشكيل ثقب أسود ولكنه صغير بما يكفي لنفث الجسيمات للحفر طوال الطريق في الأوقات المعتادة في GRBs الطويلة

قدم جون جراهام وأندرو فروشتر ، وكلاهما من علماء الفلك في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور ، تفاصيل أن هذه العملاق الأزرق العملاق تحتوي على كميات متواضعة نسبيًا من العناصر أثقل من الهيليوم ، والتي يسميها علماء الفلك المعادن. هذا يناسب قطعة أحجية واضحة ، يبدو أن هذه GRBs الطويلة جدًا لديها تفضيل جوهري قوي للبيئات المعدنية المنخفضة التي تحتوي فقط على كميات ضئيلة من العناصر بخلاف الهيدروجين والهيليوم.

قال جراهام: 'إن ذرات GRBs عالية المعادن طويلة الأمد ولكنها نادرة'. 'تحدث عند حوالي 1/25 من معدل (لكل وحدة من تكوين النجوم) للأحداث المعدنية المنخفضة. هذه أخبار جيدة لنا هنا على الأرض ، لأن احتمالية حدوث هذا النوع من GRB في مجرتنا أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا '.

ناقش علماء الفلك النتائج التي توصلوا إليها يوم الثلاثاء في ندوة هانتسفيل لانفجار أشعة جاما لعام 2013 في ناشفيل ، تينيسي ، وهو اجتماع رعته جزئيًا جامعة ألاباما في هنتسفيل ومبعثات التلسكوب الفضائي سويفت وفيرمي لأشعة غاما التابعة لناسا. تظهر النتائج التي توصل إليها جيندر في عدد 20 مارس من مجلة الفيزياء الفلكية.

ورق: 'انفجر أشعة جاما الطويلة جدًا 111209A: انهيار عملاق أزرق؟' النوع وآخرون.

ورق: 'النفور من المعادن من LGRBs.' جى اف جراهام و ايه اس فروشتر.

المصادر: مؤتمر عبر الهاتف ، ناسا و جامعة وارويك و CNRS