المستعرات الأعظمية هي أكثر الأحداث نشاطًا في الكون. تتضمن مجموعة فرعية منها انفجارات أشعة جاما ، حيث يأتي الكثير من الطاقة المنبعثة من فوتونات عالية الطاقة للغاية. بشكل عام ، نعتقد أننا نعرف سبب حدوث ذلك – الثقب الأسود الذي خلفه الانفجار يقذف المواد بسرعة الضوء تقريبًا. لكن التفاصيل المتعلقة بكيفية وأين تولد هذه النفاثات الفوتونات لم يتم تحديدها بشكل كامل.
لسوء الحظ ، تحدث هذه الأحداث بسرعة كبيرة وبعيدة جدًا لدرجة أنه ليس من السهل الحصول على ملاحظات مفصلة عنها. ومع ذلك ، فإن انفجارًا حديثًا لأشعة غاما يسمى BOAT (ألمع في كل العصور) قد يزودنا بمعلومات جديدة حول الأحداث في غضون أيام من انفجار المستعر الأعظم. تصف ورقة جديدة البيانات من التلسكوب الذي يشير إلى الاتجاه الصحيح وهو حساس للإشعاع عالي الطاقة الناتج عن الحدث.
أريد أن أستحم
“التلسكوب” المشار إليه مرصد كبير للمطر الجوي على ارتفاعات عالية (LHAASO). حوالي ثلاثة أميال (4400 متر) فوق مستوى سطح البحر ، المرصد عبارة عن مجموعة من الأدوات التي ليست تلسكوبات بالمعنى التقليدي. وبدلاً من ذلك ، فإنها تلتقط زخات الرياح – وهي سلسلة معقدة من الحطام والفوتونات التي تنتج عندما تصطدم جسيمات عالية الطاقة من الفضاء في الغلاف الجوي.
على الرغم من أنها محدودة مقارنة بالتلسكوبات التقليدية ، إلا أن أجهزة الكشف عن دش الهواء لها بعض المزايا في ظواهر مثل BOAT. لديهم مجال رؤية أوسع بكثير لأنهم لا يحتاجون حقًا إلى التركيز الكافي لإعادة بناء حدث يعتمد على وصول الفوتونات والجسيمات إلى سطح الأرض. وهي حساسة فقط للأحداث عالية الطاقة ، مما يعني أن ضوء النهار منخفض الطاقة للغاية بحيث لا يمكن أن يتدخل ، حتى يتمكنوا من العمل على مدار الساعة.
نظرًا لأن BOAT أخذ بيانات LHAASO عندما انفجر المستعر الأعظم ، فإن أجهزة الكشف الخاصة به لم تلتقط بداية الحدث فحسب ، بل تمكنت من تتبع تطوره لعدة أيام. على الرغم من الدقة المكانية الضعيفة ، كان هناك كمية هائلة من البيانات ، مفصولة جميعًا بطول الموجة. في أول 100 دقيقة ، تم اكتشاف 64000 فوتون عند طاقات تزيد عن 200 جيجا إلكترون فولت. بالنسبة للسياق ، فإن تحويل الكتلة الكاملة للبروتون إلى طاقة ينتج أقل بقليل من GeV واحد.
من أول الأشياء التي أصبحت جلية أنه كان هناك فرق كبير بين الفوتونات في طاقات أقل (ولكن لا تزال أعلى!) وتلك الموجودة في الأطراف القصوى من الطيف الكهرومغناطيسي. تغيرت بيانات الفوتونات فوق واحد تيرا إلكترون فولت بشكل مطرد بمرور الوقت ، بينما كانت تلك الموجودة في نطاق الميجا إلكترون فولت تتأرجح صعودًا وهبوطًا.
فهم البيانات
تتفق هذه البيانات مع الاقتراح القائل بأن الأحداث منخفضة الطاقة تحدث عندما تتفاعل الطائرة مع حطام المستعر الأعظم المضطرب ، كما يقول الباحثون. نظرًا لأن الحطام معقد وقريب من مصدر الطائرات ، فإنه يحد من السرعة التي يمكن أن تتراكم بها جزيئات الفضاء في النفاثات ، مما يحد من طاقتها.
في المقابل ، يتم إنتاج الفوتونات عالية الطاقة في المناطق التي تبدأ فيها دفعات من حطام المستعر الأعظم بالتفاعل مع المادة التي شكلت الغلاف الجوي حول النجم – التي ينفجرها المكافئ النجمي للرياح الشمسية. هذه بيئة مخلخلة وموحدة تسمح بمسار أقل اضطرابًا لتسريع الجسيمات إلى الطاقات القصوى المطلوبة لإنتاج فوتونات ذات طاقات أعلى من واحد إلكترون فولت.
في حين أنه يبدو من الصعب تجاوز حطام المستعر الأعظم ، فإن العملية تحدث بسرعة كبيرة حيث تسرع النفاثات الجسيمات إلى سرعة الضوء تقريبًا. لذلك ، يستغرق الأمر خمس ثوانٍ فقط لرؤية الارتفاع السريع لفوتونات TeV في البيانات.
من هناك ، إنه منحدر لطيف يستمر حوالي 13 ثانية. يقترح فريق البحث الذي يقف وراء العمل أن هذا يتضمن تفاعل الطائرة النفاثة مع الجسيمات وتسريعها في الغلاف الجوي خارج بقايا النجم. يؤدي هذا إلى زيادة عدد الفوتونات عالية الطاقة ، ولكن في نفس الوقت يوفر بعضًا من الطاقة من النفاثات أثناء دفعها ضد كومة المادة الأكبر حجمًا في طريقها إلى الغلاف الجوي.
في النهاية ، يكتسب عدد الفوتونات عالية الطاقة طاقة كافية تبدأ في الانخفاض تدريجيًا. هذا الخريف بطيء بما يكفي ليبقى 11 دقيقة أو أكثر.
في حالة المستعر الأعظم BOAT ، تبع ذلك اندفاع حاد من الفوتونات عالية الطاقة. يُعتقد أن هذا ناتج عن تمدد الطائرات كلما ابتعدت عن مصدرها ، وتشير إلى أن المركبة كانت ساطعة كما لاحظنا ، لأن النواة المركزية لطائراتها كانت موجهة مباشرة إلى الأرض. يوفر وقت التسليم هذا أيضًا بعض المعلومات حول مدى اتساع الطائرة في هذا الوقت.
هناك الكثير لنتعلمه عن هذه الظواهر – على سبيل المثال ، نحن غير متأكدين من كيفية إطلاق الثقوب السوداء لنفثات المواد في المقام الأول. لكن هذه الأنواع من الملاحظات التفصيلية يمكن أن تعطينا فكرة أفضل عن توقيت وديناميكيات التشكيل النفاث ، مما سيساعد في نهاية المطاف على تقديم نماذج لما يحدث أثناء تشكل الثقب الأسود وإنتاج الطائرات النفاثة.
العلوم ، 2023. DOI: 10.1126 / science.adg9328 (حول DOIs).
