دليل على اندماج نجمي عنيف

تعد انفجارات أشعة غاما GRBs واحدةً من أكثر الظواهر الكونية عنفاً وحيوية. وعلى الرغم من أن هذه الأحداث هي أكثر الانفجارات إضاءةً في الكون، فإن دراسة جديدة باستخدام مرصد تشاندرا للأشعة السينية، وقمر سويفت Swift التابع لناسا بالإضافة إلى تلسكوبات أخرى، تشير إلى أن العلماء يفوتون الغالبية العظمى من هذه الانفجارات الكونية القوية.

ويعتقد علماء الفلك بأن بعض انفجارات GRBs ناتجة عن عمليات الاصطدام والاندماج بين اثنين من النجوم النيوترونية، أو بين نجم نيوتروني وثقب أسود. ويقدم البحث الجديد أفضل الأدلة حتى الآن والتي توضح كيف أن مثل هذه الاصطدامات ستولد حزمة أشعة ضيقةً جداً، أو تدفقات، من أشعة غاما. وإذا لم تكن التدفقات الضيقة باتجاه الأرض، فلن يتم اكتشاف انفجارات GRB الناجمة عن الاصطدام. 

توقع العلماء أن عمليات الاصطدام بين اثنين من النجوم النيوترونية، أو بين نجم نيوتروني وثقب أسود ستكون مصدراً قوياً للأمواج الثقالية (gravitational waves)، والتي يمكن اكتشافها سواء أكان التدفق متجهاً نحو الأرض أم لا. بالتالي، تتمتع نتائج الدراسة بتأثيرات كبيرة على عدد الظواهر التي سيمكن رصدها مستقبلا بواسطة كل من مرصد الليزر لقياس تداخل الموجات الثقالية، أو اختصاراً لايغو (LIGO)، وغيره من المراصد الأخرى. 

وفي الثالث من شهر سبتمبر/أيلول سنة 2004، التقط مرصد سويفت التابع لناسا أحد انفجارات GRB- وقد أطلق عليه اسم GRB 140903A تبعاً لتاريخ اكتشافه. واستخدم العلماء الأرصاد الضوئية جنباً إلى جنب مع تلسكوب مرصد جيمني في هاواي من أجل تحديد أن GRB 140903A يقع في مجرة تبعد نحو 3.9 مليار سنة ضوئية، وهي مسافة تعد قريبةً نسبياً لأحد انفجارات أشعة غاما.

يمثل الجدول الكبير في الصورة أعلاه تصويراً يظهر نتائج اندماج نجم نيوتروني بما في ذلك نشوء انفجار GRB. ونرى في المركز جسماً مضغوطاً -إما ثقباً أسود أو نجماً نيوترونياً هائلاً- والجسم باللون الأحمر يشير إلى قرص من المواد التي خلفتها عملية الاندماج، ويتضمن مواد تسقط نحو الأسفل باتجاه الجسم المضغوط. وبالطبع تتسب الطاقة الصادرة عن هذه المواد المتساقطة في حدوث تدفقات GRB الظاهرة باللون الأصفر، أما اللون البرتقالي فيشير إلى رياح من الجسيمات التي تهب بعيدا عن القرص، بينما اللون الأزرق يشير إلى المواد المنبعثة من الجسم المضغوط، والتي تنتشر بسرعة عالية تقدر بنحو عُشر سرعة الضوء. 

وتظهر الصورة إلى اليسار والمكونة من جدولين صغيرين مشهدا ضوئيا من تلسكوب ديسكفري (DCT)، مع وجود انفجار GRB 140903A في منتصف المربع، وإلى اليمين نرى مشهدا مقربا بالأشعة السينية مأخوذ من مرصد تشاندرا. وطبعا فإن النجم الساطع في الصورة الضوئية لا يمت بأي صلة إلى انفجار GRB. 

استمر انفجار أشعة غاما لأقل من ثانيتين فقط، وهذا يضعه في خانة "انفجارات GRB قصيرة المدة". و يعتقد علماء الفلك بأن هذا النوع ناجم عن عمليات الاصطدام بين نجمين نيوترونيين، أو بين نجم نيوتروني وثقب أسود، والتي تؤدي في نهاية المطاف إلى تشكل ثقب أسود أو نجم نيوتروني ذي مجال مغناطيسي قوي للغاية. (هناك إجماع علمي على أن انفجارات GRBs التي تدوم لأكثر من ثانيتين هي نتيجة انهيار نجم فائق الكتلة). 

وبعد ثلاثة اسابيع من اكتشاف مرصد سويفت لانفجار GRB 140903A، تمكن فريق باحثين بقيادة إيلنورا تروخا Eleonora Troja من جامعة ميريلاند، من رصد آثار ما بعد الانفجار بالأشعة السينية عبر استخدام مرصد تشاندرا. وقد أظهرت أرصاد تشاندرا أن انبعاث الأشعة السينية الصادرة عن انفجار GRB يتناقص مع مرور الوقت، مما قدم للباحثين معلومات مهمة حول خصائص تلك التدفقات.