نظریه «انفجارهای طولانی‌مدت پرتو گاما» به چالش کشیده شد!

به گزارش سرویس ترجمه ایمنا، اختر فیزیکدانان برای نزدیک به دو دهه بر این باور بودند که انفجارهای طولانی‌مدت پرتو گاما تنها از فروپاشی ستارگان پرجرم ناشی می‌شود. مطالعات جدید این باور دیرینه و پذیرفته‌شده را متحول کرد.

انفجار پرتو گاما چیست؟

فوران یا انفجار پرتو گاما (GRB) یکی از پرانرژی‌ترین پدیده‌های کیهان است که از چند میلی‌ثانیه تا چند دقیقه طول می‌کشد. این انفجارها در فواصل بسیار زیاد از زمین رخ می‌دهد و چند میلیون سال نوری طول می‌کشد تا به چشم ساکنان زمین برسد، اما هنگامی که یکی از آن‌ها فوران می‌کند، درخشان‌ترین منبع فوتون‌های اشعه گامای کیهانی در جهان قابل مشاهده است.

انفجارهای پرتو گاما قوی‌ترین انفجارهای جهان پس از انفجار بزرگ به‌شمار می‌روند، صدها برابر درخشان‌تر از یک ابرنواختر معمولی هستند، حدود یک میلیون تریلیون برابر خورشید می‌درخشند و به دو دسته کوتاه‌مدت و طولانی‌مدت تقسیم می‌شوند.

انفجارهای کوتاه‌مدت پرتو گاما با میانگین ۰.۳ ثانیه، در مدت زمانی کمتر از دو ثانیه و انفجارهای طولانی‌مدت با میانگین زمان حدود ۳۰ ثانیه از دو تا چند صد ثانیه (چند دقیقه) رخ می‌دهد. محققان همواره بر این باور بودند که این دو انفجار دارای منشأ متفاوتی است و انفجارهای کوتاه‌مدت به‌دنبال ادغام دو ستاره نوترونی در یک سیاه‌چاله جدید یا یک ستاره نوترونی با یک سیاه‌چاله برای تشکیل سیاه‌چاله‌ای بزرگ‌تر رخ می‌دهد. انفجارهای طولانی‌مدت نیز با مرگ ستارگان در ابرنواخترها اتفاق می‌افتد؛ هرچند که هر ابرنواختری یک انفجار پرتو گاما تولید نمی‌کند. این باور با تحقیقات جدید اختر فیزیکدانان آمریکایی به چالش کشیده شد.

کشفی جدید درباره انفجارهای پرتو گاما

تیمی از اختر فیزیکدانان دانشگاه نورث‌وسترن شواهد جدیدی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد حداقل تعدادی از انفجارهای طولانی‌مدت پرتو گاما از ادغام ستاره‌های نوترونی حاصل می‌شود که پیش از این تصور می‌شد تنها در تولید انفجارهای کوتاه‌مدت پرتو گاما نقش دارند. این تحقیقات پس از شناسایی یک انفجار پرتو گاما به‌طول ۵۰ ثانیه در دسامبر ۲۰۲۱ که به‌طور نسبی در نزدیکی زمین (۱.۱ میلیارد سال نوری) قرار داشت، آغاز شد و به‌تازگی به نتیجه رسیده است. نتایج این تحقیق در مجله Nature منتشر شد.

انفجار پرتو گاما یک انفجار نوری فوق‌العاده درخشان است که اغلب قبل از یک ابرنواختر رخ می‌دهد و سریع محو می‌شود، اما محققان آمریکایی در طول تحقیقات خود شواهدی از وجود یک کیلونوا یا گران‌نواختر را کشف کردند. کیلونوا یک رویداد نادر و گذرای ستاره‌شناسی است و زمانی رخ می‌دهد که دو جسم فشرده مانند ستاره‌های نوترونی دوتایی یا یک ستاره نوترونی و یک سیاه‌چاله با هم برخورد کنند. این ادغام‌ها حدود هزار برابر درخشان‌تر از یک ابرنواختر است، با این حال یک ابرنواختر ۱۰ تا ۱۰۰ برابر روشن‌تر از یک کیلونوا است. در انفجار کیلونوا به‌دلیل واپاشی رادیواکتیو هسته‌های سنگین فرآیندِ R پرتوهای گاما و تابش‌های الکترومغناطیسی تولید می‌شود.

اختر فیزیکدانان دانشگاه نورث‌وسترن در مطالعات خود روی این کیلونوا، روندی شبیه به هر رویدادی را مشاهده کردند که پیش از این طی یک انفجار پرتو گاما دیده می‌شد. پرتوهای گاما در این کیلونوا شبیه انفجارهای ناشی از فروپاشی ستارگان پرجرم بود. با توجه به این‌که سایر ادغام‌های ستاره‌های نوترونی تأیید شده‌ای که تاکنون مشاهده شده است با انفجارهایی کمتر از دو ثانیه همراه بوده‌اند، دانشمندان مطمئن بودند که انفجار پرتو گامای ۵۰ ثانیه‌ای مورد مطالعه آن‌ها در اثر فروپاشی یک ستاره پرجرم ایجاد شده است، با این حال ردیابی این انفجار طولانی‌مدت پرتو گاما نتایج متفاوتی به دست داد. این کشف نشان‌دهنده یک تغییر هیجان‌انگیز در باورهای موجود برای انفجار پرتو گاما است.

نتایج مطالعه محققان دانشگاه نورث‌وسترن

اختر فیزیکدانان دانشگاه نورث‌وسترن پس از بررسی تصاویر نزدیک به مادون قرمز، یک جسم بسیار کم‌نور را مشاهده کرد که به سرعت محو شد. ابرنواخترها به این سرعت محو نمی‌شوند و بسیار درخشان‌تر هستند، بنابراین تیم تحقیق متوجه شد که چیزی غیرمنتظره پیدا کرده است که پیش از این غیرممکن بود.

تیم تحقیق توضیح داد که در آسمان شب اجسام زیادی وجود دارد که به سرعت محو می‌شود. بنابراین آن‌ها یک منبع را در فیلترهای مختلف رصد کردند تا اطلاعاتی رنگی به دست آورند که به تعیین هویت آن منبع کمک می‌کند. در این حالت رنگ قرمز غالب شد و رنگ‌های آبی زودتر محو شدند که این تکامل رنگ نشانه‌ای از یک کیلونوا است و کیلونواها تنها می‌توانند از ادغام ستاره‌های نوترونی به وجود بیایند.

از آنجایی که ستارگان نوترونی اجرام تمیز و فشرده‌ای هستند، محققان پیش از این معتقد بودند که این ستاره‌ها حاوی مواد کافی برای تأمین انرژی یک انفجار طولانی‌مدت پرتو گاما نیستند. از سوی دیگر ستارگان پرجرم می‌توانند جرمی ده‌ها تا صدها برابر جرم خورشید داشته باشند. همان‌طور که ستاره در حال مرگ فرو می‌ریزد، مواد آن به‌سمت داخل سقوط می‌کند تا سیاه‌چاله تازه تشکیل‌شده را تغذیه کند. اما به لطف میدان‌های مغناطیسی سیاه‌چاله، بعضی از مواد در حال سقوط با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور به‌سمت بیرون پرتاب می‌شوند و انرژی انفجار پرتو گاما را تأمین می‌کند.

زمانی که دو ستاره نوترونی کنار هم قرار بگیرند جرم زیادی وجود ندارد. بنابراین کمی جرم برافزایش می‌کند سپس یک انفجار کوتاه‌مدت ایجاد می‌کند. در مورد فروپاشی ستارگان عظیم که بنا بر باورهای قبلی منجر به انفجارهای طولانی‌تر پرتو گاما می‌شود، زمان تغذیه طولانی‌تری وجود دارد. با این وجود مطالعه حاضر نتایج دیگری به‌دست داده است.

کیلونواها از واپاشی رادیواکتیو بعضی از سنگین‌ترین عناصر جهان نیرو می‌گیرند، اما مشاهده آن‌ها بسیار سخت است و خیلی سریع محو می‌شوند، اما نتایج مطالعه اختر فیزیکدانان دانشگاه نورث‌وسترن نشان داد که می‌توان برای جست‌وجوی کیلونواهای بیشتر از انفجارهای طولانی‌مدت پرتو گاما نیز استفاده کرد. به‌ویژه که تلسکوپ فضایی جیمزوب دارای امکانات بسیاری است و امکان دنبال کردن سرنخ‌های بیشتر را درباره آن‌ها فراهم می‌آورد. از آنجا که جیمزوب قادر به گرفتن تصاویر و طیف‌های اجرام نجومی است، می‌تواند عناصر خاصی را تشخیص دهد که از اجسام ساطع می‌شود. اختر فیزیکدانان با استفاده از جیمزوب در نهایت می‌توانند شواهد مشاهداتی مستقیمی را از شکل‌گیری عناصر سنگین به دست آورند.