في عام 2017 ، اكتشف LIGO (مرصد موجات الجاذبية التداخلية بالليزر) و Virgo موجات الجاذبية القادمة من اندماج نجمين نيوترونيين. أطلقوا على تلك الإشارة GW170817. بعد ثانيتين من اكتشافه ، اكتشف القمر الصناعي Fermi التابع لناسا انفجارًا لأشعة جاما (GRB) كان اسمه GRB170817A. في غضون دقائق ، تم شحذ المقاريب والمراصد حول العالم في هذا الحدث.
لعب تلسكوب هابل الفضائي دورًا في هذا الكشف التاريخي عن اندماج نجمين نيوترونيين. بدءًا من ديسمبر 2017 ، اكتشف هابل الضوء المرئي من هذا الاندماج ، وفي العام ونصف العام التالي ، حولت مرآته القوية في نفس الموقع أكثر من 10 مرات. النتائج؟
الصورة الأعمق للشفق التالي لهذا الحدث ، وواحدة مليئة بالتفاصيل العلمية.
قال وين-فاي فونغ من شركة نورث وسترن ، الذي قاد البحث: "هذا هو أعمق تعرض للحدث على الإطلاق في ضوء مرئي". "كلما كانت الصورة أعمق ، زادت المعلومات التي يمكننا الحصول عليها."
بخلاف تقديم صورة عميقة لشفق الاندماج ، كشف هابل أيضًا عن بعض الأسرار غير المتوقعة للاندماج نفسه ، والطائرة التي أنشأها ، وأيضًا بعض التفاصيل عن طبيعة انفجارات أشعة غاما القصيرة.
بالنسبة للعديد من العلماء ، يعد GW170817 أهم اكتشاف لـ LIGO حتى الآن. حصل الاكتشاف على جائزة Breakthrough of the Year في عام 2017 من مجلة Science. على الرغم من أن التصادمات أو الاندماجات بين نجمين نيوترونيين كان كثير الحديث عنها ، كانت هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها علماء الفيزياء الفلكية من ملاحظة واحد. ولأنهم لاحظوه أيضًا في كل من الضوء الكهرومغناطيسي وفي موجات الجاذبية ، فقد كان أيضًا أول "ملاحظة متعددة الرسائل بين هذين الشكلين من الإشعاع" ، كما جاء في بيان صحفي.
من الظروف التي جعلت هذا يحدث جزئياً. GW170817 قريبة جدًا من الأرض من الناحية الفلكية: على بعد 140 مليون سنة ضوئية فقط في المجرة الإهليلجية NGC 4993. كانت مشرقة ويسهل العثور عليها.
تسبب اصطدام النجمين النيوترونيين في حدوث كيلونوفا. يحدث هذا عندما يندمج نجمان نيوترونيان مثل هذا ، أو عندما يندمج نجم نيوتروني وثقب أسود. يعتبر الكيلونوفا أكثر سطوعًا بنحو 1000 مرة من نوفا الكلاسيكية ، والتي تحدث في نظام النجوم الثنائية عندما يندمج قزم أبيض ورفيقه. سبب السطوع الشديد للكيلونوفا هو العناصر الثقيلة التي تشكلت بعد الاندماج ، بما في ذلك الذهب.
خلقت عملية الدمج نفاثة من المواد تسير بسرعة قريبة من الضوء مما جعل رؤية الشفق صعبًا. على الرغم من أن الطائرة التي تصطدم بالمواد المحيطة هي ما جعل الاندماج ساطعًا للغاية ويسهل رؤيته ، إلا أنه أخفى أيضًا الشفق التالي للحدث. لرؤية الشفق ، كان على علماء الفيزياء الفلكية التحلي بالصبر.
قال فونغ: "لكي نرى الشفق ، كان على كيلونوفا أن تتحرك بعيداً عن الطريق". "بالتأكيد بما فيه الكفاية ، بعد حوالي 100 يوم من الاندماج ، تلاشت كيلونوفا إلى النسيان ، وتولت الشفق. كان الشفق الخافت خافتًا للغاية ، تاركًا الأمر للتلسكوبات الأكثر حساسية لالتقاطه.
هذا هو المكان الذي جاء فيه تلسكوب هابل الفضائي. في ديسمبر 2017 ، رأى هابل الضوء المرئي من شفق الاندماج. منذ ذلك الحين وحتى مارس 2019 ، أعاد هابل زيارة الشفق 10 مرات أخرى. كانت الصورة النهائية هي الأعمق حتى الآن ، حيث يحدق نطاق المساحة الجليلة في المكان الذي حدث فيه الاندماج لمدة 7.5 ساعة. من هذه الصورة ، عرف علماء الفيزياء الفلكية أن الضوء المرئي اختفى أخيرًا ، بعد 584 يومًا من اندماج النجمين النيوترونيين.
كان الشفق اللاحق للحدث مفتاحًا ، وكان باهتًا. من أجل رؤيتها ودراستها ، كان على الفريق المسؤول عن الدراسة إزالة الضوء من المجرة المحيطة ، NGC 4993. الضوء المجري معقد ، وبطريقة تحدثه ، "سيصيب" الشفق ويضعف النتائج .
قال بيتر بلانشارد ، زميل ما بعد الدكتوراه في CIERA والمؤلف الثاني للدراسة: "لقياس الضوء من الشفق بدقة ، عليك أن تأخذ كل الضوء الآخر بعيدًا". "أكبر المذنب هو تلوث الضوء من المجرة ، وهو معقد للغاية في هيكله."
ولكن لديهم الآن 10 صور هابل للعمل الشفق. في هذه الصور ، اختفت كيلونوفا وبقي الشفق فقط. في الصورة النهائية ، ذهب الشفق أيضًا. قاموا بتغطية الصورة النهائية على الصور العشرة الأخرى للتوهج ، وباستخدام خوارزمية قاموا بإزالة جميع الضوء بدقة من صور هابل السابقة التي تظهر الشفق. بكسل بكسل.
في النهاية كان لديهم سلسلة واحدة من الصور بمرور الوقت ، تظهر الشفق فقط دون أي تلوث من المجرة. اتفقت الصورة مع تنبؤات نموذجية ، وهي أيضًا أكثر السلاسل الزمنية دقة لصور الشفق التالي للحدث.
قال فونغ: "إن تطور السطوع يتوافق تمامًا مع نماذجنا النظرية للطائرات". "كما أنها تتوافق تمامًا مع ما تخبرنا به الراديو والأشعة السينية."
فماذا وجدوا في هذه الصور؟
بادئ ذي بدء ، لم تكن المنطقة التي اندمجت فيها النجوم النيوترونية مكتظة بالسكان بالعناقيد ، وهو أمر توقعت الدراسات السابقة أنه ينبغي أن يكون عليه الحال.
قال فونغ: "اقترحت دراسات سابقة أن أزواج النجوم النيوترونية يمكن أن تتشكل وتندمج في بيئة كثيفة من عنقود كروي." "تشير ملاحظاتنا إلى أن هذا ليس هو الحال بالتأكيد بالنسبة لدمج النجوم النيوتروني".
يعتقد فونغ أيضًا أن هذا العمل ألقى بعض الضوء على رشقات أشعة جاما. إنها تعتقد أن تلك الانفجارات البعيدة هي في الواقع عمليات اندماج نجمة نيوترونية مثل GW170817. جميعهم ينتجون طائرات نسبية ، وفقًا لفونغ ، لمجرد رؤيتهم من زوايا مختلفة.
يرى علماء الفيزياء الفلكية عادة هذه الطائرات من رشقات أشعة غاما من زاوية مختلفة عن GW170817 ، وعادة ما تكون متجهة. ولكن شوهد GW170817 من زاوية 30 درجة. لم يسبق رؤيته من قبل في الضوء البصري.
قال فونغ: "GW170817 هي المرة الأولى التي نتمكن فيها من رؤية الطائرة" خارج المحور ". "تشير السلسلة الزمنية الجديدة إلى أن الفرق الرئيسي بين GW170817 وانفجارات أشعة غاما القصيرة البعيدة هو زاوية العرض."
ستنشر ورقة تحدد هذه النتائج في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية هذا الشهر. بعنوان "الشفق البصري لـ GW170817: نفاثة منظمة خارج المحور وقيود عميقة على أصل الكتلة الكروية." يمكن مشاهدته على الرابط أعلاه في arxiv.org.
أكثر:
- ورقة بحثية: الشفق البصري لـ GW170817: طائرة نفاثة وقيود منظمة خارج المحور وقيود عميقة على أصل الكتلة الكروية
- بيان صحفي: يلقي الشفق الضوء على طبيعة وأصل تصادم النجوم النيوترونية
- ليغو / برج العذراء: فجر علم الفلك المتعدد الرسائل: ملاحظات نجم نيوترون ثنائي الاندماج
