تنفجر النجوم في المجرات المتربة – لا يمكننا دائمًا رؤيتها

تولد النجوم المتفجرة عروض ضوئية مثيرة. تستطيع تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء مثل سبيتزر الرؤية من خلال الضباب وإعطاء فكرة أفضل عن عدد مرات حدوث هذه الانفجارات.

قد تعتقد أن المستعرات الأعظمية – عذاب النجوم الضخمة ومن بين ألمع وأقوى الانفجارات في الكون – سيكون من الصعب تفويتها. ومع ذلك ، فإن عدد مثل هذه الانفجارات التي لوحظت في مناطق نائية من الكون أقل بكثير من توقعات علماء الفيزياء الفلكية.

دراسة جديدة باستخدام بيانات من ناساأبلغ تلسكوب سبيتزر الفضائي المتقاعد مؤخرًا عن اكتشاف خمسة مستعرات عظمى لم يكتشفها الضوء البصري ولم يسبق رؤيتها من قبل. رأى سبيتزر الكون في ضوء الأشعة تحت الحمراء ، الذي يخترق سحبًا من الغبار تحجب الضوء البصري – وهو نوع الضوء الذي تراه أعيننا والذي تشع به المستعرات الأعظمية غير المحجوبة بشكل رائع.

للبحث عن المستعرات الأعظمية المخفية ، نظر الباحثون في ملاحظات سبيتزر لـ 40 مجرة ​​مغبرة. (في الفضاء ، يشير الغبار إلى جزيئات تشبه الحبوب ذات قوام مشابه للدخان.) بناءً على العدد الذي وجدوه في هذه المجرات ، تؤكد الدراسة أن المستعرات الأعظمية تحدث بشكل متكرر كما يتوقع العلماء. يعتمد هذا التوقع على فهم العلماء الحالي لتطور النجوم. هناك حاجة لدراسات مثل هذه لتحسين هذا الفهم ، من خلال تعزيز أو تحدي بعض جوانب ذلك.

قم بتنزيل ملصق ناسا المجاني هذا، الذي يحيي ذكرى تلسكوب سبيتزر الفضائي المتقاعد. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

قال أوري فوكس ، العالم في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور بولاية ماريلاند: “تُظهر هذه النتائج مع سبيتزر أن الاستطلاعات البصرية التي اعتمدنا عليها منذ فترة طويلة لاكتشاف المستعرات الأعظمية تفوت ما يصل إلى نصف الانفجارات النجمية التي تحدث في الكون”. والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، التي نُشرت في الإخطارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية. “إنه لأخبار جيدة جدًا أن عدد المستعرات الأعظمية التي نراها مع سبيتزر يتوافق إحصائيًا مع التوقعات النظرية.”

“فجوة المستعر الأعظم” – أي التناقض بين عدد المستعرات الأعظمية المتوقعة والعدد المرصود بواسطة التلسكوبات الضوئية – ليست مشكلة في الكون المجاور. هناك ، أبطأت المجرات من معدل تكوين النجوم وأصبحت أقل غبارًا بشكل عام. ومع ذلك ، في المناطق النائية من الكون ، تظهر المجرات أصغر سنا ، وتنتج نجومًا بمعدلات أعلى ، وتميل إلى امتلاك كميات أكبر من الغبار. يمتص هذا الغبار وينشر الضوء الضوئي والأشعة فوق البنفسجية ، ويمنعها من الوصول إلى التلسكوبات. لذلك اعتقد الباحثون منذ فترة طويلة أن المستعرات الأعظمية المفقودة يجب أن تكون موجودة وأنها ببساطة غير مرئية.

قال فوكس: “نظرًا لأن الكون المحلي قد هدأ قليلاً منذ سنواته الأولى في تكوين النجوم ، فإننا نرى العدد المتوقع من المستعرات الأعظمية مع عمليات البحث البصري النموذجية”. “ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية المرصودة لاكتشاف المستعرات الأعظمية تتناقص ، كلما ابتعدت وعودت إلى العصور الكونية حيث سيطرت أكثر المجرات غبارًا.”

قد يكون من الصعب اكتشاف المستعرات الأعظمية على هذه المسافات البعيدة. للبحث عن المستعرات الأعظمية المغطاة بعوالم مجرية أكثر قتامة ولكن على مسافات أقل تطرفًا ، اختار فريق فوكس مجموعة محلية من 40 مجرة ​​مختنق بالغبار ، تُعرف باسم مجرات الأشعة تحت الحمراء الساطعة فائقة السطوع (LIRG و ULIRG ، على التوالي). يمتص الغبار الموجود في LIRGs و ULIRG الضوء البصري من كائنات مثل المستعرات الأعظمية ، ولكنه يسمح بمرور الأشعة تحت الحمراء من تلك الأجسام نفسها دون عائق حتى تتمكن التلسكوبات مثل Spitzer من اكتشافها.

تبين أن حدس الباحثين كان صحيحًا عندما تحولت المستعرات الأعظمية الخمسة التي لم يسبق رؤيتها من قبل إلى ضوء (الأشعة تحت الحمراء). وقال فوكس: “إنها شهادة على إمكانية اكتشاف سبيتزر أن التلسكوب كان قادرًا على التقاط الإشارة من المستعرات الأعظمية المخفية في هذه المجرات المتربة”.

“لقد كان من الممتع بشكل خاص للعديد من طلابنا الجامعيين المساهمة بشكل كبير في هذا البحث المثير” ، أضاف المؤلف المشارك في الدراسة Alex Filippenko ، أستاذ علم الفلك في الجامعة. جامعة كاليفورنيا، بيركلي. “لقد ساعدوا في الإجابة على السؤال ،” أين ذهبت كل المستعرات الأعظمية؟ “”

تُعرف أنواع المستعرات الأعظمية التي اكتشفها سبيتزر باسم “المستعرات الأعظمية المنهارة المركزية” ، والتي تتضمن نجومًا عملاقة تبلغ كتلتها ثمانية أضعاف كتلة الشمس على الأقل. مع تقدمهم في العمر وامتلاء نوىهم بالحديد ، لم تعد النجوم الكبيرة قادرة على إنتاج طاقة كافية لتحمل جاذبيتها ، وينهار قلبها فجأة وبشكل كارثي.

تشكل الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة الناتجة أثناء الانهيار السريع عناصر كيميائية جديدة من خلال الاندماج النووي. ترتد النجوم المنهارة في النهاية عن نوىها فائقة الكثافة ، فتتفتت وتشتت هذه العناصر عبر الفضاء. تنتج المستعرات الأعظمية عناصر “ثقيلة” ، مثل معظم المعادن. هذه العناصر ضرورية لبناء الكواكب الصخرية ، مثل الأرض ، وكذلك الكائنات البيولوجية. بشكل عام ، تعد معدلات المستعرات الأعظمية بمثابة عنصر تحكم مهم في أنماط تكوين النجوم وخلق العناصر الثقيلة في الكون.

قال فوكس: “إذا كنت تعرف عدد النجوم التي تتشكل ، فيمكنك التنبؤ بعدد النجوم التي ستنفجر”. “أو ، بالعكس ، إذا كنت تعرف عدد النجوم التي تنفجر ، يمكنك التنبؤ بعدد النجوم التي تتشكل. يعد فهم هذه العلاقة أمرًا ضروريًا للعديد من مجالات الدراسة في الفيزياء الفلكية.

سوف تكتشف تلسكوبات الجيل التالي ، بما في ذلك تلسكوب نانسي جريس الروماني الفضائي التابع لناسا وتلسكوب جيمس ويب الفضائي ، ضوء الأشعة تحت الحمراء ، مثل سبيتزر.

قال فوكس: “أظهرت دراستنا أن أنماط تشكل النجوم أكثر اتساقًا مع معدلات المستعر الأعظم مما كان يُعتقد سابقًا”. “ومن خلال الكشف عن هذه المستعرات الأعظمية المخفية ، مهد سبيتزر الطريق لأنواع جديدة من الاكتشافات باستخدام تلسكوبات ويب والتلسكوبات الفضائية الرومانية.”

المرجع: “أ سبيتزر مسح للمستعرات الأعظمية المحجوبة بالغبار “بواسطة أوري دي فوكس ، هاريش خاندريكا ، ديفيد روبين ، تشادويك كاسبر ، غاري زي لي ، تاماس سزالاي ، لي أرموس ، أليكسي في فيليبينكو ، مايكل إف سكروتسكي ، لو سترولجر وشويلر دي فان ديك ، 21 يونيو ، 2021 ، إشعارات شهرية من الجمعية الفلكية الملكية.
DOI: 10.1093 / mnras / stab1740

تعلم المزيد عن المهمة

أجرى مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في جنوب كاليفورنيا عمليات مهمة وأدار مهمة تلسكوب سبيتزر الفضائي لتوجيه البعثات العلمية للوكالة إلى واشنطن. أجريت العمليات العلمية في مركز سبيتزر للعلوم التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا. استندت عمليات المركبات الفضائية في لوكهيد مارتن سبيس في ليتلتون ، كولورادو. يتم أرشفة البيانات في أرشيفات الأشعة تحت الحمراء العلمية المستضافة في IPAC في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يدير مختبر الدفع النفاث لناسا.