بفضل تلسكوب جيميني الجنوبي، اكتشف علماء الفلك طريقة جديدة لتدمير النجوم: عن طريق الاصطدام بالقرب من ثقب أسود هائل في مجرة قديمة. يقدم هذا الاكتشاف منظورًا جديدًا للبيئات المحيطة بهذه الثقوب السوداء والاصطدامات غير المكتشفة التي تحدث داخلها.
يدرس علماء الفلك انفجارًا قويًا لأشعة جاما (GRB) باستخدام تلسكوب جيميني الجنوبي، الذي تديره مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) مختبر الأسودربما اكتشف طريقة غير مسبوقة لتدمير نجم. على عكس معظم انفجارات GRB، التي تنتج عن انفجار نجوم ضخمة أو اندماج مصادفة لنجوم نيوترونية، استنتج علماء الفلك أن هذه الانفجارات تنشأ بدلاً من ذلك من اصطدام النجوم أو البقايا النجمية في البيئة المزدحمة المحيطة بمساحة فائقة الكتلة. الثقب الأسود في قلب مجرة قديمة.
طبيعة موت النجوم
تنهي النجوم في الكون عمومًا حياتها بطرق يمكن التنبؤ بها، وتحددها كتلتها. النجوم ذات الكتلة المنخفضة نسبيًا، مثل شمسنا، تتخلص من طبقاتها الخارجية مع تقدم السن وتموت في النهاية لتصبح نجومًا منخفضة الكتلة نسبيًا. قزم ابيض النجوم. تحترق المزيد من النجوم الضخمة بقوة أكبر وتموت مبكرًا في انفجارات المستعرات الأعظم الكارثية، مما يؤدي إلى إنشاء أجسام فائقة الكثافة مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. إذا شكل اثنان من هذه البقايا النجمية نظامًا ثنائيًا، فمن المحتمل أيضًا أن يتصادما. ومع ذلك، تشير الأبحاث الجديدة إلى خيار رابع، تم افتراضه منذ فترة طويلة ولكن لم يتم رؤيته من قبل.
يوضح انطباع هذا الفنان كيف أن علماء الفلك الذين يدرسون انفجارًا قويًا لأشعة جاما (GRB) باستخدام تلسكوب Gemini South Telescope، الذي يديره NOIRLab التابع لـ NSF، ربما اكتشفوا طريقة جديدة لتدمير النجم. على عكس معظم انفجارات GRBs، التي تنتج عن انفجار نجوم ضخمة أو اندماج مصادفة لنجوم نيوترونية، استنتج علماء الفلك أن هذه الانفجارات تنشأ بدلاً من ذلك من اصطدام النجوم أو البقايا النجمية في البيئة المزدحمة المحيطة بثقب أسود فائق الكتلة في قلب المجرة. مجرة قديمة.
الكشف عن اكتشافات جديدة
في البحث عن أصول انفجار أشعة غاما طويل الأمد (GRB)، استخدم علماء الفلك تلسكوب جيميني الجنوبي في تشيلي، وهو جزء من مرصد جيميني الدولي الذي يديره NOIRLab التابع لمؤسسة العلوم الوطنية، بالإضافة إلى التلسكوب البصري الشمالي وTHE. ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية تلسكوب هابل الفضائياكتشف دليلاً على اصطدام النجوم أو بقايا النجوم بطريقة تشبه دربي الهدم في منطقة فوضوية ذات كثافة سكانية عالية بالقرب من الثقب الأسود الهائل لمجرة قديمة.
وقال أندرو ليفان، عالم الفلك في جامعة رادبود في هولندا والمؤلف الرئيسي لمقالة نشرت في دورية رادبود: “تظهر هذه النتائج الجديدة أن النجوم يمكن أن تواجه زوالها في بعض المناطق الأكثر كثافة في الكون حيث يمكن حثها على الاصطدام”. جريدة. مجلة علم الفلك الطبيعة. “من المثير أن نفهم كيف تموت النجوم وأن نجيب على أسئلة أخرى، مثل ما هي المصادر غير المتوقعة التي قد تخلق موجات الجاذبية التي قد نكتشفها على الأرض.”
الأدلة ونتائج المراقبة
لقد تجاوزت المجرات القديمة ذروة تكوين النجوم منذ فترة طويلة، ولم يتبق منها سوى عدد قليل من النجوم العملاقة، إن وجدت، وهي المصدر الرئيسي لتدفقات GRB الطويلة. ومع ذلك، فإن قلوبها تعج بالنجوم ومجموعة من بقايا النجوم فائقة الكثافة، مثل النجوم القزمة البيضاء، والنجوم النيوترونية، والثقوب السوداء. لقد اشتبه علماء الفلك منذ فترة طويلة أنه في خلية النشاط المضطرب المحيطة بثقب أسود هائل، لن تكون سوى مسألة وقت قبل أن يصطدم جسمان نجميان لإنتاج انفجارات GRB. ومع ذلك، فإن الدليل على هذا النوع من الاندماج لا يزال بعيد المنال.
ربما لاحظ علماء الفلك الذين يدرسون انفجارًا قويًا لأشعة جاما (GRB) مع مرصد جيميني الدولي، الذي يديره NOIRLab التابع لـ NSF، طريقة جديدة لتدمير نجم. على عكس معظم انفجارات GRBs، التي تنتج عن انفجار نجوم ضخمة أو اندماج مصادفة لنجوم نيوترونية، استنتج علماء الفلك أن هذه الانفجارات تنشأ بدلاً من ذلك من اصطدام النجوم أو البقايا النجمية في البيئة المزدحمة المحيطة بثقب أسود فائق الكتلة في قلب المجرة. مجرة قديمة. المصدر: مرصد الجوزاء الدولي/NOIRLab/NSF/AURA/M. ثوم/م. زماني
شوهدت التلميحات الأولى لمثل هذا الحدث في 19 أكتوبر 2019، عندما اكتشف مرصد Neil Gehrels Swift التابع لناسا وميضًا ساطعًا من أشعة جاما استمر ما يزيد قليلاً عن دقيقة. أي GRB أطول من ثانيتين يعتبر “طويلًا”. عادةً ما تأتي مثل هذه الانفجارات من موت المستعرات الأعظم لنجوم تبلغ كتلتها 10 أضعاف كتلة شمسنا على الأقل، ولكن ليس دائمًا.
ثم استخدم الباحثون الجوزاء الجنوبية لإجراء ملاحظات طويلة المدى للشفق اللاحق لـ GRB لمعرفة المزيد عن أصوله. وسمحت الملاحظات لعلماء الفلك بتحديد موقع انفجارات GRB في منطقة تبعد أقل من 100 سنة ضوئية عن قلب مجرة قديمة، مما جعلها قريبة جدًا من الثقب الأسود الهائل في المجرة. ولم يجد الباحثون أيضًا أي دليل على وجود مستعر أعظم مماثل، والذي من شأنه أن يترك بصماته على الضوء الذي درسه جيميني ساوث.
نظرة عامة على أصول GRB
وقال ليفان: “أخبرتنا مراقبتنا اللاحقة أنه بدلاً من أن يكون انهيار نجم ضخم، كان الانفجار على الأرجح بسبب اندماج جسمين مدمجين”. “من خلال تحديد موقعها في وسط مجرة قديمة تم تحديدها مسبقًا، كان لدينا أول دليل محير على طريقة جديدة للنجوم للتعامل مع زوالها.”
من ارتفاع مذهل، من الممكن أن نستوعب حجم وبعد تلسكوب Gemini South، وهو نصف مرصد Gemini الدولي، الذي يديره NOIRLab التابع لـ NSF. تقع جيميني سود على جبل سيرو باتشون على ارتفاع 2715 مترًا (8900 قدمًا) فوق مستوى سطح البحر، وتستفيد من الظروف المستقرة للمناخ المحلي. الهواء الجاف الذي يسهل “رؤية” التلسكوب يكاد يكون واضحا فوق جبال الأنديز التشيلية المترامية الأطراف في الخلفية. تلتقط هذه الصورة أيضًا مرآة التلسكوب التي يبلغ قطرها 8 أمتار وهي تنظر من خلال هيكل القبة، وهو حدث نهاري غير عادي، والألواح الشمسية (أسفل اليمين)، التي تزود التلسكوب بالطاقة أثناء عمليات الرصد الليلية للسماء الجنوبية. المصدر: مرصد الجوزاء الدولي/NOIRLab/NSF/AURA/T. ماتسوبولوس
في البيئات المجرية العادية، يعتبر إنتاج انفجارات GRB الطويلة من بقايا النجوم المتصادمة مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء أمرًا نادرًا للغاية. ومع ذلك، فإن نوى المجرات القديمة ليست طبيعية على الإطلاق، ويمكن أن يكون هناك مليون أو أكثر من النجوم المتجمعة في منطقة تبعد بضع سنوات ضوئية فقط. يمكن أن تكون مثل هذه الكثافة السكانية الشديدة كبيرة بما يكفي لحدوث تصادمات نجمية من حين لآخر، خاصة تحت تأثير الجاذبية العملاقة لثقب أسود فائق الكتلة، مما قد يعطل حركات النجوم ويجعلها تتحرك في اتجاهات عشوائية. في نهاية المطاف، ستتقاطع هذه النجوم الضالة وتندمج، مما يطلق العنان لانفجار هائل يمكن ملاحظته من مسافات كونية شاسعة.
ومن الممكن أن مثل هذه الأحداث تحدث بانتظام في مناطق ذات كثافة سكانية متساوية في الكون، ولكن لم يلاحظها أحد حتى الآن. أحد الأسباب المحتملة لغموضها هو أن مراكز المجرة تعج بالغبار والغاز، مما قد يحجب وميض GRB الأولي والشفق الناتج عنه. تم تحديد هذا النوع من GRB على أنه GRB191019Aقد يكون هذا استثناءً نادرًا، مما يسمح لعلماء الفلك بالكشف عن الانفجار ودراسة آثاره.
البحوث المستقبلية والآثار المترتبة عليها
ويرغب الباحثون في معرفة المزيد عن هذه الأحداث. ويأملون في مطابقة اكتشاف GRB مع اكتشاف موجات الجاذبية المقابلة، مما من شأنه أن يكشف عن طبيعتها الحقيقية ويؤكد أصولها، حتى في أحلك البيئات. وسيكون مرصد فيرا سي روبين، عند تشغيله في عام 2025، ذا قيمة لا تقدر بثمن بالنسبة لهذا النوع من الأبحاث.
“إن دراسة انفجارات أشعة جاما مثل هذه هي مثال رائع على كيفية تقدم هذا المجال حقًا من خلال العديد من المرافق التي تعمل معًا، بدءًا من اكتشاف GRB إلى اكتشاف الشفق اللاحق والمسافات باستخدام التلسكوبات مثل Gemini، من خلال التشريح التفصيلي للأحداث مع الملاحظات عبر كامل الكوكب. وقال ليفان: “الطيف الكهرومغناطيسي”.
يقول مارتن ستيل، مدير برنامج NSF في مرصد جيميني الدولي: “تضيف هذه الملاحظات إلى تراث جيميني الغني وتوسع فهمنا لتطور النجوم”. “تشهد الملاحظات الحساسة للوقت على سرعة عمليات الجوزاء وحساسيته للأحداث الديناميكية البعيدة عبر الكون.”
المرجع: “انفجار أشعة غاما طويل الأمد من أصل ديناميكي من قلب مجرة قديمة” بقلم Andrew J. Levan، Daniele B. Malesani، Benjamin P. Gompertz، Anya E. Nugent، Matt Nicholl، Samantha R. Oates ، دانييل أ. بيرلي، جيليان راستينجاد، بريان د. ميتزجر، ستيف شولز، إليزابيث ر. ستانواي، آن إنكينهاج، طيبة ظفر، ج. فيليسيانو أغوي فرنانديز، آشلي أ. كريمز، كورنبوب بيرومباكدي، أنطونيو دي أوغارتي بوستيجو، وين فاي فونغ، أندرو س. فروشتر، جياكومو فراجيوني، يوهان بو فينبو، نيكولا جاسباري، كاسبر إي. هاينتز، جينس هجورث، بال جاكوبسون، بيتر جي. يونكر، جافين بي. لامب، إيليا ماندل، صهيب ماندهاي، ماريا إي. رافاسيو، جيسبر سوليرمان ونيال ر. تانفير، 22 يونيو 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-01998-8
لمعرفة المزيد عن هذا الاكتشاف:
المرجع: “انفجار أشعة غاما طويل الأمد من أصل ديناميكي من قلب مجرة قديمة” بقلم Andrew J. Levan، Daniele B. Malesani، Benjamin P. Gompertz، Anya E. Nugent، Matt Nicholl، Samantha R. Oates ، دانييل أ. بيرلي، جيليان راستينجاد، بريان د. ميتزجر، ستيف شولز، إليزابيث ر. ستانواي، آن إنكينهاج، طيبة ظفر، ج. فيليسيانو أغوي فرنانديز، آشلي أ. كريمز، كورنبوب بيرومباكدي، أنطونيو دي أوغارتي بوستيجو، وين فاي فونغ، أندرو س. فروشتر، جياكومو فراجيوني، يوهان بو فينبو، نيكولا جاسباري، كاسبر إي. هاينتز، جينس هجورث، بال جاكوبسون، بيتر جي. يونكر، جافين بي. لامب، إيليا ماندل، صهيب ماندهاي، ماريا إي. رافاسيو، جيسبر سوليرمان ونيال ر. تانفير، 22 يونيو 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-01998-8
