في عام 1967 ، لاحظ علماء وكالة ناسا شيئًا لم يروه من قبل من الفضاء البعيد. في ما أصبح يعرف باسم "حادثة فيلا" ، سجلت أقمار صناعية متعددة انفجارات أشعة غاما (GRB) التي كانت مشرقة للغاية ، وتجاوزت المجرة بأكملها لفترة وجيزة. نظرًا لقوتهم الرائعة والطبيعة القصيرة العمر ، كان الفلكيون حريصين على تحديد كيفية حدوث هذه الانفجارات ولماذا.
أدت عقود من المراقبة إلى استنتاج أن هذه الانفجارات تحدث عندما يتحول نجم ضخم إلى مستعر أعظم ، لكن علماء الفلك ما زالوا غير متأكدين من سبب حدوثه في بعض الحالات وليس في حالات أخرى. بفضل البحث الجديد الذي أجراه فريق من جامعة وارويك ، يبدو أن مفتاح إنتاج GRBs يكمن في أنظمة النجوم الثنائية - أي أن النجم يحتاج إلى رفيق لإنتاج ألمع انفجار في الكون.
قاد فريق البحث المسؤول عن الاكتشاف Ashley Chrimes - دكتوراه. طالب في قسم الفيزياء بجامعة وارويك. من أجل دراستهم ، تناول الفريق الغموض المركزي حول GRBs طويلة الأمد ، وهو كيف يمكن أن تدور النجوم بسرعة كافية لتوليد نوع الانفجارات التي تمت ملاحظتها.
لإيجاز ذلك ، تحدث GRBs عندما تتحول النجوم الضخمة (حوالي عشرة أضعاف حجم شمسنا) إلى مستعر أعظم وتنهار إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود. في هذه العملية ، تنفجر الطبقات الخارجية للنجم وتتسطح المادة المقذوفة إلى قرص حول البقايا المشكلة حديثًا للحفاظ على الزخم الزاوي. عندما تسقط هذه المادة للداخل ، يطلقها هذا الزخم على شكل طائرات نابعة من القطبين.
تُعرف هذه باسم "الطائرات النسبية" بسبب الطريقة التي يتم بها تسريع المواد الموجودة بها لإغلاق سرعة الضوء. في حين أن GRBs هي أكثر الأحداث سطوعًا في الكون ، إلا أنها يمكن ملاحظتها فقط من الأرض عندما يتم توجيه أحد محاورها القطبية مباشرة إلينا - مما يعني أن الفلكيين يمكنهم رؤية حوالي 10-20 ٪ فقط منهم. كما أنها مختصرة جدًا مع استمرار الظواهر الفلكية ، وتستمر في أي مكان من جزء من الثانية إلى عدة دقائق.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تدور النجم بسرعة كبيرة من أجل إطلاق المواد على طول محاورها القطبية بالقرب من سرعة الضوء. ويمثل هذا لغزًا لعلماء الفلك لأن النجوم عادة ما تفقد أي دوران تكتسبه بسرعة كبيرة. لمعالجة هذه الأسئلة التي لم يتم حلها ، اعتمد الفريق على مجموعة من نماذج التطور النجمية لفحص سلوك النجوم الضخمة أثناء انهيارها.
تم إنشاء هذه النماذج من قبل الدكتور جان ج. إلدريدج من جامعة أوكلاند ، نيوزيلندا ، بمساعدة باحثين من جامعة وارويك. جنبا إلى جنب مع تقنية تعرف باسم التوليف السكاني الثنائي ، قام العلماء بمحاكاة مجموعة من الآلاف من أنظمة النجوم لتحديد الآلية التي يمكن أن تحدث بها الانفجارات النادرة التي تنتج GRBs.
من هذا ، تمكن الباحثون من تقييد العوامل التي تتسبب في تكوين الطائرات النسبية من بعض النجوم المنهارة. ما وجدوه هو أن آثار المد والجزر ، على غرار ما يحدث بين الأرض والقمر ، كانت التفسير المحتمل الوحيد. وبعبارة أخرى ، تحدث GRBs طويلة الأمد في أنظمة النجوم الثنائية حيث يتم حبس النجوم معًا في دورانها ، مما يخلق تأثيرًا مدًا قويًا يسرع دورانها.
كما أوضح Chrimes في بيان صحفي حديث لـ Warwick:
"نحن نتنبأ بنوع النجوم أو الأنظمة التي تنتج رشقات أشعة غاما ، والتي هي أكبر الانفجارات في الكون. حتى الآن ، لم يكن من الواضح نوع النجوم أو الأنظمة الثنائية التي تحتاجها لتحقيق هذه النتيجة.
“كان السؤال هو كيف يبدأ النجم في الدوران ، أو يحافظ على دورانه بمرور الوقت. وجدنا أن تأثير المد والجزر على النجم على شريكه يمنعهما من التباطؤ ، وفي بعض الحالات ، يلفهما. إنهم يسرقون الطاقة الدورانية من رفيقهم ، ونتيجة لذلك فهي تنجرف بعيدًا.
“ما توصلنا إليه هو أن غالبية النجوم تدور بسرعة على وجه التحديد لأنها موجودة في نظام ثنائي ".
كما أشارت الدكتورة إليزابيث ستانواي - باحثة في قسم الفيزياء بجامعة وارويك ومؤلفة مشاركة للدراسة - فإن التطور الثنائي ليس جديدًا على الفلكيين. ومع ذلك ، لم يتم إجراء أنواع الحسابات التي أجرتها Chrimes وزملاؤها من قبل بسبب الحسابات المعقدة المعنية. ومن ثم ، فإن هذه الدراسة هي الأولى التي تنظر في الآليات المادية في العمل ضمن النماذج الثنائية.
وقالت: "كانت هناك أيضًا معضلة كبيرة حول معدنية النجوم التي تنتج رشقات بأشعة جاما". "بصفتنا فلكيين ، نقيس تكوين النجوم والمسار المهيمن لانفجارات أشعة غاما يتطلب عددًا قليلًا جدًا من ذرات الحديد أو العناصر الثقيلة الأخرى في الجو النجمي. كان هناك لغز حول سبب رؤيتنا لمجموعة متنوعة من التركيبات في النجوم التي تنتج رشقات أشعة غاما ، ويقدم هذا النموذج شرحًا ".
بفضل هذه الدراسة الأخيرة والنموذج الناتج الذي توفره عن التطور الثنائي ، سيكون الفلكيون قادرين على التنبؤ بما يجب أن تبدو عليه النجوم المنتجة لـ GRB من حيث درجة الحرارة والإضاءة وخصائص النجم المرافق لها. بالنظر إلى المستقبل ، تأمل شايمز وزملاؤها في استكشاف وصياغة الظواهر العابرة التي تظل لغزا بالنسبة لعلماء الفلك.
وتشمل هذه الانفجارات السريعة للراديو (FRBs) وما الذي يسببها (خاصة التنوع المتكرر) أو حتى الأحداث النادرة مثل تحويل النجوم إلى ثقوب سوداء. ظهرت الدراسة التي تصف ما توصلوا إليه في عدد يناير من الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية وتم تمويله من قبل مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة للبحث والابتكار.
