يستمر ألمع انفجار لأشعة غاما (“القارب”) في إرباك علماء الفلك – Ars Technica

في صباح يوم 9 أكتوبر 2022 ، التقطت أجهزة كشف فضائية متعددة a انفجار قوي لأشعة جاما (GRB) يمر عبر نظامنا الشمسي ، ويرسل علماء الفلك حول العالم يندفعون لتدريب تلسكوباتهم على ذلك الجزء من السماء لجمع البيانات الحيوية عن الحدث وعواقبه. يطلق على GRB 221009A ، ويُعتقد أنه من المحتمل أن يكون “صرخة ولادة” ثقب أسود جديد ، فإن انفجار أشعة جاما هو الأقوى الذي تم تسجيله حتى الآن. لهذا السبب أطلق عليه علماء الفلك اسم BOAT ، أو الأكثر سطوعًا في كل العصور.

كان الحدث نشرت على الفور في Astronomer’s Telegram ، ولدينا الآن بيانات جديدة من ملاحظات المتابعة في عدة أوراق جديدة نُشر في عدد خاص من مجلة Astrophysical Journal Letters. أكدت النتائج أن GRB 221009A كان بالفعل القارب ، ويبدو ساطعًا بشكل خاص لأن نفاثته الضيقة كانت موجهة مباشرة إلى الأرض. قال إريك بيرنز ، عالم الفلك بجامعة ولاية لويزيانا ، “من المحتمل أن يكون هذا هو الحدث الأكثر إشراقًا الذي يضرب الأرض منذ بداية الحضارة البشرية” ، أخبر نيو ساينتست. “إن طاقة هذا الشيء شديدة للغاية لدرجة أنك إذا أخذت الشمس بأكملها وقمت بتحويلها كلها إلى طاقة نقية ، فلن تتطابق مع هذا الحدث. لا يوجد شيء يمكن مقارنته “.

لكن التحليلات المختلفة أسفرت أيضًا عن العديد من النتائج المفاجئة التي تحير علماء الفلك وقد تؤدي إلى إصلاح كبير لنماذجنا الحالية لانفجارات أشعة غاما. على سبيل المثال ، يجب أن يكون انفجار سوبرنوفا قد حدث بعد أسابيع قليلة من الانفجار الأولي ، لكن علماء الفلك لم يكتشفوا انفجارًا واحدًا بعد. لم تتطابق بيانات الراديو المأخوذة من ملاحظات الشفق اللاحق مع تنبؤات النماذج الحالية ، واكتشف علماء الفلك حلقات ممتدة نادرة لصدى ضوء الأشعة السينية من الانفجار الأولي في سحب الغبار البعيدة.

كما ذكرنا سابقًا ، انفجارات أشعة جاما هي انفجارات عالية الطاقة للغاية في مجرات بعيدة تدوم ما بين أجزاء من الألف من الثانية إلى عدة ساعات. هناك فئتان من رشقات أشعة جاما. معظمها (70 بالمائة) عبارة عن رشقات نارية طويلة تستمر لأكثر من ثانيتين ، غالبًا مع وهج ساطع. عادة ما ترتبط هذه بالمجرات ذات التكوين السريع للنجوم. يعتقد علماء الفلك أن الانفجارات الطويلة مرتبطة بموت النجوم الضخمة المنهارة لتكوين نجم نيوتروني أو ثقب أسود (أو ، بدلاً من ذلك ، نجم مغناطيسي حديث التكوين). سينتج الثقب الأسود الصغير نفاثات من جزيئات عالية الطاقة تتحرك بالقرب من سرعة الضوء ، قوية بما يكفي لاختراق بقايا النجم السلفي ، وتنبعث منها أشعة سينية وأشعة جاما.

انفجارات أشعة جاما التي تدوم أقل من ثانيتين (حوالي 30 في المائة) تعتبر دفقات قصيرة ، تنبعث عادةً من مناطق ذات تكوين نجمي قليل جدًا. يعتقد علماء الفلك أن انفجارات أشعة غاما هذه هي نتيجة اندماج بين نجمين نيوترونيين ، أو اندماج نجم نيوتروني مع ثقب أسود ، مكونًا “كيلونوفا”.

كانت تلك الفرضية تم تأكيده في عام 2017، عندما التقط تعاون LIGO إشارة الموجة الثقالية لنجمين نيوترونيين مدمجين ، مصحوبًا بدفعات أشعة غاما القوية المرتبطة بالكيلونوفا. العام الماضي، رصد علماء الفيزياء الفلكية اعتقدوا أن الأشعة السينية الغامضة يمكن أن تكون أول اكتشاف ل “الوهج اللاحق” للكيلونوفا من الاندماج نفسه. (بدلاً من ذلك ، يمكن أن تكون الملاحظة الأولى للمادة التي تسقط في الثقب الأسود والتي تشكلت بعد الاندماج).

يقع انفجار أشعة جاما في أكتوبر 2022 ضمن الفئة الطويلة التي تستمر لأكثر من 300 ثانية. أطلقت GRB 221009A كاشفات على متن ناسا تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما، ال مرصد نيل جيريلز سويفت، و مركبة الرياح الفضائية، من بين أمور أخرى ، تمامًا كما اجتمع علماء فلك أشعة جاما في اجتماع سنوي في جوهانسبرج ، جنوب إفريقيا. جاءت الإشارة القوية من كوكبة Sagitta ، التي سافرت حوالي 1.9 مليار سنة إلى الأرض.

بعد اكتشاف GRB 221009A لأول مرة ، استمر مرصد Swift ، من بين أمور أخرى ، في مراقبة الانفجار كل يوم حتى نهاية نوفمبر وكل يومين حتى ديسمبر ، وفي ذلك الوقت ، كان موقع الأرض يعني أن رؤيتنا للانفجار قد حجبتها الشمس . (استأنفت سويفت عمليات المراقبة الأسبوعية المنتظمة في فبراير.) قامت العديد من المراصد بجمع البيانات التي تغطي الطيف الكهرومغناطيسي – من الراديو إلى أنظمة أشعة جاما – لمعرفة أكبر قدر ممكن عن الحدث.

على سبيل المثال ، كشفت بيانات الموجات الراديوية أن GRB 221009A كان أكثر سطوعًا 70 مرة من أي انفجار لأشعة غاما تم ملاحظته سابقًا ، لذا فهو بالفعل BOAT (حتى الآن) – من المحتمل أن يكون حدثًا واحدًا في 10000 عام. لم تكن طاقة الانفجار كبيرة بشكل خاص بالنسبة إلى GRB ، لكن النفاثة المنبعثة من تلك الطاقة كانت ضيقة بشكل غير عادي – وتشير مباشرة نحو الأرض ، مما يجعل GRB 221009A يبدو ساطعًا بشكل خاص.

لكن علماء الفلك لم يكتشفوا بعد دليلًا على وجود مستعر أعظم مرتبط به ، ربما لأن سحب الغبار الكثيفة في ذلك الجزء من السماء (بضع درجات فقط فوق مستوى مجرتنا) تعمل على تعتيم أي ضوء قادم. “لا يمكننا أن نقول بشكل قاطع أن هناك مستعرًا أعظم ، وهو أمر يثير الدهشة بالنظر إلى سطوع الانفجار ،” قال أندرو ليفانعالم الفيزياء الفلكية في جامعة رادبود في نيميغن بهولندا ، الذي قاد عمليات رصد الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة باستخدام تلسكوب ويب التابع لناسا وتلسكوب هابل الفضائي على أمل اكتشاف المستعر الأعظم المتوقع. “إذا كان هناك ، فهو خافت للغاية. نخطط لمواصلة البحث ، ولكن من المحتمل أن النجم بأكمله قد انهار مباشرة في الثقب الأسود بدلاً من الانفجار.”

على الرغم من انتهاء GRBs عمومًا في ثوانٍ معدودة ، إلا أنها تترك انبعاثات الشفق عبر طيف الضوء التي يمكن أن يتردد صداها لأشهر أو حتى سنوات ، وقد أعطت بيانات المتابعة في أطياف مختلفة علماء الفلك فرصة نادرة لاستكشاف تطور ذلك الوهج اللاحق بالتفصيل. . لقد فوجئوا عندما اكتشفوا أن بيانات الراديو أظهرت أن الطائرة النفاثة تطورت بسلاسة وببطء إلى حد ما بمرور الوقت ، بما يتناقض مع النماذج الحالية التي تظهر قفزات سريعة في الطاقة مع تطور طائرة نفاثة.

“خمسة وعشرون عامًا من نماذج الشفق التي عملت جيدًا لا يمكن أن تفسر تمامًا هذه الطائرة ،” قالت كيت الكسندر، عالم فلك في جامعة أريزونا في توكسون. “هذا [new radio component] قد يشير إلى هيكل إضافي داخل الطائرة أو يقترح الحاجة إلى مراجعة نماذجنا لكيفية تفاعل طائرات GRB مع محيطها “.

“أظهر عدد قليل من GRBs في الماضي فائضًا قصيرًا من المليمترات والانبعاثات الراديوية التي يُعتقد أنها توقيع لموجة صدمة في الطائرة نفسها ، ولكن في GRB 221009A تتصرف الانبعاثات الزائدة بشكل مختلف تمامًا عما كانت عليه في هذه الحالات السابقة ،” قالت إيفيت سينديز من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. “من المحتمل أننا اكتشفنا آلية جديدة تمامًا لإنتاج موجات راديوية وملليمترية زائدة. ومن الممكن أن ينتج ضوء الأشعة السينية المرئي عن جزء واحد من الطائرة ، بينما ينتج المليمتر المبكر وموجات الراديو عن طريق مكون مختلف. “

حوّل علماء فلك آخرون انتباههم إلى سحب الغبار البعيدة في مجرتنا درب التبانة ووجدوا أن 21 من هذه الغيوم قد تبددت الأشعة السينية من الانفجار ، مما أدى إلى إنتاج سلسلة من أصداء الضوء على شكل حلقات الأشعة السينية. نظرًا لأن المسافة وحجم حبيبات الغبار وطاقات الأشعة السينية جميعها عوامل تؤثر في كيفية تبعثر الغيوم للأشعة السينية ، يمكن لعلماء الفلك استخدام بيانات الحلقة لإعادة بناء انبعاث الأشعة السينية لتحديد موقع سحب الغبار. كشفت بيانات حلقة الأشعة السينية أيضًا عن درجة صغيرة من الاستقطاب في الشفق اللاحق – تأكيدًا أكبر على أن النفاث كان موجهًا بشكل مباشر تقريبًا إلى الأرض.

DOI: رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ، 2023. 10.1073 / بناس 1802831115 (حول DOIs).