اكتشف تلسكوب فيرمي التابع لناسا النجم المغناطيسي كمصدر للمستعر الأعظم الوحشي

حدد تلسكوب فيرمي لأشعة جاما التابع لناسا ما قد يكون أول إشارة مؤكدة لمستعر أعظم فائق الإضاءة مدعوم من نجم مغناطيسي، وهو نجم نيوتروني ذو مجالات مغناطيسية شديدة للغاية. ووقع هذا الحدث، المسمى SN 2017egm، على بعد 440 مليون سنة ضوئية، ويمثل تقدمًا كبيرًا في فهم أحد أكثر الانفجارات تطرفًا في الكون. وينهي هذا الاكتشاف، الذي نُشر في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية، ما يقرب من عقدين من البحث عن إشارات أشعة جاما في بيانات فيرمي.

وقام فريق دولي من الباحثين، بقيادة فابيو أسيرو من المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي (CNRS) وجامعة باريس ساكلاي، بتحليل سنوات من الملاحظات لتأكيد العلاقة بين المستعر الأعظم والنجم المغناطيسي. يمثل هذا الاكتشاف أول اكتشاف نهائي من هذا النوع، على الرغم من أن الباحثين قد أبلغوا عن أدلة سابقة خلال عمليات البحث السابقة.

آلية الانفجار في المستعرات الأعظم فائقة السطوع

تحدث المستعرات الأعظم المنهارة في قلب النجم عندما ينفد الوقود اللازم للحفاظ على قلبه. وبدون مصدر الطاقة هذا، تتسبب الجاذبية في انهيار النواة وتسبب انفجارًا عنيفًا. واعتمادًا على الظروف، يمكن أن يترك الانهيار وراءه نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود، بينما يُقذف باقي النجم إلى الفضاء كسحابة متوسعة من الغاز الساخن للغاية.

على مدى السنوات العشرين الماضية، حدد علماء الفلك ما يقرب من 400 مثال قوي بشكل غير عادي يسمى المستعرات الأعظم فائقة السطوع. يمكن لهذه الانفجارات النادرة أن تتألق في الضوء المرئي بما لا يقل عن 10 مرات أكثر من المستعرات الأعظم الشائعة. ثوران SN 2017egm، الذي تم رصده في عام 2017، في المجرة NGC 3191، في كوكبة الدب الأكبر. وحتى على بعد 440 مليون سنة ضوئية، فإنه يظل واحدًا من أقرب المستعرات الأعظم فائقة السطوع التي تم رصدها على الإطلاق إلى الأرض.

في عام 2024، اقترح باحثون بقيادة لي شانغ من جامعة آنهوي في هيفي بالصين، أن تلسكوب فيرمي واسع النطاق كان من الممكن أن يكتشف أشعة غاما من هذا الحدث بعد سنوات من الانفجار الأولي. مهدت هذه الملاحظة الطريق لإجراء تحليلات أعمق للبيانات التي جمعتها المعدات طوال عملياتها.

النجوم المغناطيسية: المحركات الكونية المتطرفة

لقد ناقش العلماء منذ فترة طويلة ما الذي يمنح المستعرات الأعظم فائقة السطوع سطوعها الاستثنائي. أحد التفسيرات الرئيسية يتعلق بالنجوم المغناطيسية، وهي نجوم نيوترونية تتمتع بأقوى المجالات المغناطيسية المعروفة في الكون. يمكن أن تكون مجالاتها المغناطيسية أقوى بما يصل إلى 1000 مرة من تلك الموجودة في النجوم النيوترونية الشائعة، وتصل إلى قوى أكبر بحوالي 10 تريليون مرة من مغناطيس الثلاجة.

تضمن البحث تحليلًا تفصيليًا لإشارات الضوء المرئي وأشعة جاما من SN 2017egm. وتمت مقارنة البيانات مع النماذج النظرية المختلفة التي طورها المتعاونون الدوليون. قام أحد النماذج المحددة، التي أنشأها إندريك فورم من جامعة تارتو في إستونيا وبريان ميتزجر من جامعة كولومبيا في نيويورك، بفحص كيفية تحرك الإشعاع والجسيمات الصادرة عن النجم المغناطيسي المتشكل حديثًا عبر حطام المستعر الأعظم المتوسع.

يعتقد الباحثون أن النجم المغناطيسي المتشكل حديثًا يمكن أن يدور عدة مئات من المرات في الثانية. تولد هذه السرعة المذهلة تدفقًا قويًا من الإلكترونات والبوزيترونات، وهي نسخ المادة المضادة للإلكترونات. تشكل هذه الجسيمات معًا سحابة عملاقة من المواد عالية الطاقة المعروفة باسم سديم الرياح المغناطيسي.

Leia Tambem

يحتاج المهاجم ليونيل ميسي إلى تمريرتين حاسمتين لمعادلة الرقم القياسي التاريخي لبيليه في كأس العالم

تم القبض على شركة Green Bay Packers التي تدير جوش جاكوبس في ولاية ويسكونسن بتهمة العنف المنزلي

ثروات كريستيانو رونالدو وليونيل ميسي تتجاوز الملعب باستثمارات تبلغ مليار دولار

عمليات توليد أشعة جاما والهروب الإشعاعي

داخل هذا السديم، يمكن لتفاعلات الجسيمات أن تولد أشعة غاما بعدة طرق. يمكن أن تتصادم الإلكترونات والبوزيترونات وتتحول إلى فوتونات أشعة جاما، في حين أن أشعة جاما نفسها يمكن أن تتصادم وتنتج جسيمات جديدة. ومع استمرار هذه التفاعلات، فإن الكثير من طاقة أشعة جاما تصبح محاصرة داخل حطام المستعر الأعظم وتتحول إلى ضوء مرئي منخفض الطاقة، مما يساعد على جعل الانفجار ساطعًا بشكل استثنائي.

وفقًا لـ Acero، بعد حوالي 3 أشهر من الانهيار، ومع توسع حطام المستعر الأعظم وتبريده، تبدأ أشعة جاما بالتسرب إلى الفضاء. يُعيد نموذج النجم المغناطيسي بشكل أفضل إنتاج سطوع المستعر الأعظم ووقت وصول أشعة جاما خلال الأشهر القليلة الأولى. ومع ذلك، يرى الباحثون مجالًا للتحسن في فترات لاحقة، عندما يختفي الضوء المرئي بشكل غير منتظم تمامًا.

وتشير النتائج إلى أن العمليات الإضافية من المحتمل أن تؤثر على المستعر الأعظم أثناء انخفاض سطوعه لفترة طويلة. يمكن أن يشمل ذلك سقوط المواد عائدة نحو النجم المغناطيسي والاصطدامات بين موجة الصدمة المتوسعة والمادة التي يقذفها النجم قبل قرون من انفجاره.

الملاحظات المستقبلية والتعاون الدولي

قام غيليم مارتي ديفيسا، وهو باحث سابق في جامعة تريست في إيطاليا والآن باحث في معهد علوم الفضاء في برشلونة بإسبانيا، بتنسيق بحث أشعة جاما عن أقرب 6 مستعرات عظمى فائقة السطوع تمت ملاحظتها خلال السنوات الـ 16 الأولى من مهمة فيرمي. أظهر SN 2017egm فقط دليلاً على وجود أشعة جاما، مما يؤكد الاقتراحات السابقة بأن بعض المستعرات الأعظمية قد تكون مضيئة في أشعة جاما كما في الضوء المرئي.

واستكشفت الدراسة ما إذا كانت المراصد المستقبلية قادرة على اكتشاف أحداث مماثلة. ووجد الباحثون أن مرصد مصفوفة تلسكوب سيرينكوف القادم يجب أن يكون قادرًا على اكتشاف المستعرات الأعظم مثل SN 2017egm على مسافات تصل إلى حوالي 500 مليون سنة ضوئية مع ما يقرب من 50 ساعة من وقت المراقبة.

• القدرة على الكشف: سوف يكتشف تلسكوب الجيل التالي المستعرات الأعظم على مسافات أكبر
• شدة المجالات المغناطيسية: النجوم المغناطيسية لديها مجالات أقوى 10 تريليون مرة من المغناطيس العادي
• السطوع النسبي: المستعرات العظمى فائقة السطوع تتألق 10 مرات أكثر سطوعًا من المستعرات الأعظمية العادية
• فترة الدراسة: غطى التحليل أول 16 عامًا من تشغيل فيرمي
• الاكتشافات السابقة: أظهر واحد فقط من كل 6 مستعرات عظمى قريبة إشارات أشعة جاما مؤكدة

تمثل مهمة فيرمي جزءًا من شبكة مراصد ناسا المصممة لتتبع الأحداث المتغيرة في الكون ومساعدة العلماء على فهم كيفية عمل الظواهر الكونية بشكل أفضل. إن التعاون المستقبلي بين المراصد الأرضية وتلسكوبات ناسا الفضائية سيكشف المزيد عن هذه الانفجارات النجمية العنيفة والأجسام المتطرفة المخبأة داخلها.

تقول جودي راكوسين، نائبة كبير العلماء في مشروع فيرمي في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند، إن آلية المحرك الأساسي للنجم المغناطيسي الموصوفة في الدراسة تعتمد على العديد من التطورات الرصدية والنظرية في النجوم المغناطيسية على مدار العشرين عامًا الماضية. ستوفر مراقبة أشعة جاما الصادرة عن المستعرات الأعظم طريقة جديدة لاستكشاف آلياتها الداخلية وتوسيع المعرفة حول هذه المظاهر المتطرفة للكون.