انفجارات أشعة غاما هي أقوى وألمع الانفجارات في الكون ، ويُعتقد أنها تتولد أثناء تكوين الثقوب السوداء ، وعلى الرغم من أنها لا تستغرق سوى ثوانٍ ، إلا أنها تنتج طاقة بنفس قدر ما تنبعث منه الشمس خلال فترة وجودها البالغة 10 مليارات عام .
وشوهدت الظواهر الغامضة لأول مرة عام 1967 بواسطة قمر صناعي تابع للقوات الجوية الأمريكية يدعى فيلا ، وصُمم المسبار لمراقبة التجارب النووية السوفيتية السرية ، لكن انتهى الأمر باكتشاف أشعة جاما المبهرة ، الإشعاع الكهرومغناطيسي الأقوى القادم من خارج النظام الشمسي ،ووفقًا لوكالة ناسا عندما يحدث مثل هذا الحدث ، فإن أشعة غاما تصبح لامعة جدا .
اكتشاف أشعة غاما
لقد أطلق علماء الفلك مرصد كومبتون جاما راي مع تجربة المصدر المتفجر العابر (BATSE) في عام 1991 ، الذي اكتشف حدوث رشقات أشعة غاما بشكل جديد يومياً ، ووجدت BATSE أن انفجارات أشعة جاما تم توزيعها بالتساوي في السماء ، مما يعني أنها كانت تحدث في كل مكان في الكون ، وأظهر BATSE أيضًا أن هناك نوعين من رشقات أشعة جاما ، وهذه الانفجارات تستمر من 2 إلى 30 ثانية ، وتحدث وميض لمدة تقل عن ثانيتين .
منذ ذلك الحين ، وعلم الباحثون الكثير حول انفجارات أشعة غاما من خلال تطوير شبكة من أقمار الاستجابة السريعة والمراصد الأرضية التي تتلاقى جميعها مع انفجارات أشعة غاما بمجرد اكتشافها ، وقدمت هذه الشبكة بيانات توضح أن رشقات أشعة جاما تقع في المجرات بمليارات من السنين الضوئية ، وأنه بعد اشتعال أشعة جاما الأولية ، ينتج مصدر الاندفاع توهجًا بأطوال موجية أقل حيوية . [1]
من اين تأتي انفجارات أشعة جاما
تم العثور على النسخ الأطول من انفجارات أشعة جاما المرتبطة بالنجوم الفائقة التي تسمى المستعر الفوق عظيم أو الهايبرنوفا hypernovas ، والتي تحدث عندما تنتج النجوم ما بين خمسة إلى عشرة أضعاف كتلة الشمس وتنهار في ثقوب سوداء ، وفقًا لوكالة ناسا فإن الهايبرنوفا أكثر إشراقًا بنسبة 100 مرة من المُسْتَعِرُ الأعظم أو سوبرنوفا supernovas النموذجي ، ويعتقد أنه يتولد عن النجوم التي تدور بسرعة خاصة أو لديها مجال مغناطيسي قوي بشكل خاص ، مما يضفي طاقة إضافية على احتراقها .
لكن انفجارات أشعة جاما قصيرة العمر ، والتي تشكل 30٪ من هذه الأحداث ، ظلت غامضة حتى عام 2005 ، ويرجع السبب الرئيسي في ذلك إلى أنها سريعة للغاية وتتحرك بسرعة ، تمكن مرصد نيل غيريلز سويفت التابع لناسا بعد إطلاقه في عام 2004 ، (والذي كان يطلق عليه سابقًا اسم مستكشف سويفت جاما راي انفجر إكسبلورر) من تسجيل بيانات كافية لرؤية توهج انفجارات أشعة جاما قصيرة العمر ، ومعرفة أنه كان من المحتمل حدوثها عندما اصطدم اثنان من الجثث النجمية الفائقة الشدة المعروفة باسم نجوم النيوترون وشكلت ثقبًا أسودًا ، أو عندما يقضي ثقبًا أسودًا على نجمًا نيوترونيًا .
هذه الانفجارات قوية جدًا لدرجة أنها تنتج تموجات في نسيج الزمان والمكان تسمى موجات الجاذبية ، ولقد أطلق الآن الباحثون مرصد موجة التداخل بالليزر (LIGO) ، والذي يمكنه اكتشاف موجات الجاذبية من هذه التصادمات ، ومن المتوقع أن يتمكنوا من جمع مزيد من المعلومات حول العمليات التي تقوم عليها انفجارات أشعة غاما قصيرة العمر . [2]
تاريخ انفجار أشعة جاما
تم رصد انفجارات أشعة جاما لأول مرة في أواخر الستينيات من قِبل أقمار Vela فيلا الأمريكية ، والتي تم انشاؤها للكشف عن نبضات إشعاع جاما المنبعثة من الأسلحة النووية التي تم اختبارها في الفضاء ، واشتبهت الولايات المتحدة في أن الاتحاد السوفيتي قد يحاول إجراء تجارب نووية سرية بعد التوقيع على معاهدة حظر التجارب النووية في عام 1963 ، وفي 2 يوليو 1967 ، الساعة 14:19 بالتوقيت العالمي ، اكتشف أقمار Vela 4 و Vela 3 وميضًا من إشعاعات غاما على عكس أي توقيع معروف للأسلحة النووية ، ولم يتم التأكد مما حدث ولكن دون النظر إلى الأمر بشكل خاص ، قام الفريق في مختبر لوس ألاموس الوطني ، بقيادة راي كليبزالد ، بتقديم البيانات للتحقيق ، مع إطلاق قمر Vela إضافي باستخدام أدوات أفضل ، واصل فريق Los Alamos العثور على رشقات أشعة غاما التي لا يمكن تفسيرها في بياناتهم ، ومن خلال تحليل أوقات الوصول المختلفة للرشقات كما اكتشفتها أقمار صناعية مختلفة ، تمكن الفريق من تحديد تقديرات تقريبية لمواقع 16 رشقة في السماء .
وافترضت معظم النظريات المبكرة لرشقات أشعة جاما مصادر قريبة داخل مجرة درب التبانة ، من عام 1991 ، مرصد Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) ، وأداة Explorer Burst and Source Explorer (BATSE) الخاصة بهما ، وهي أداة الكشف عن أشعة غاما الحساسة للغاية ، شريطة أن تكون ملف البيانات التي أظهرت أن توزيع GRBs غير متكافئ وغير متحيز تجاه أي اتجاه معين في الفضاء .
وفي أكتوبر 2018 ، أبلغ علماء الفلك أن انفجار أشعة جاما GRB 150101B الذي تم اكتشافه في عام 2015 ، قد يكون مرتبطًا بشكل مباشر بـ GW170817 التاريخي ، وهو عبارة عن موجة جاذبية تم اكتشافه في عام 2017 ، وارتبط بدمج نجمتين نيوترونيين ، وأوجه التشابه بين الحدثين ، كانت من حيث أشعة غاما ، والانبعاثات الضوئية والأشعة السينية ، وكذلك لطبيعة المجرات المضيفة المرتبطة بها ، “ملفتة للنظر” ، مما يشير إلى أن الحدثين المنفصلين قد يكونا نتيجة الاندماج من النجوم النيوترونية .
وفي نوفمبر 2019 ، أبلغ علماء الفلك عن حدوث انفجار أشعة جاما ملحوظ ، يدعى GRB 190114C ، تم اكتشافه في البداية في يناير 2019 ، وقد تم حتى الآن تصميمه على اساس امتلاك أعلى طاقة ، 1 فولت تيرا إلكترون (Tev) ، وهي أعلى طاقة لوحظت على الإطلاق لمثل هذا حدث كوني . [3]
انفجارات أشعة غاما الطويلة
معظم الأحداث المرصودة (70٪) لها مدة تزيد عن ثانيتين وتصنف على أنها انفجارات أشعة غاما طويلة ، نظرًا لأن هذه الأحداث تشكل غالبية الانفجارات ولأنها تميل إلى الحصول على أكثر اللمعان اللامع ، فقد لوحظت بتفاصيل أكبر بكثير من نظيراتهم القصيرة ، وتم ربط كل انفجارات أشعة غاما الطويلة المدروسة جيدًا بمجرة ذات تشكيل نجمي سريع ، وفي كثير من الحالات أيضًا إلى المستعرات الأعظم ، والتي تربط بشكل لا لبس فيه GRBs الطويلة بفناء النجوم الهائلة .
انفجارات أشعة جاما طويلة جدًا
تقع هذه الأحداث في نهاية توزيع فترة GRB الطويلة ، التي تدوم أكثر من 10000 ثانية ، ولقد تم اقتراح تشكيل طبقة منفصلة ، سببها انهيار نجم عملاق أزرق ، وقد تم تحديد عدد صغير فقط حتى الآن ، وخصائصها الأساسية هي مدة انبعاث أشعة جاما الخاصة بها ، وتشمل الأحداث الطويلة جدًا التي تمت دراستها GRB 101225A ، GRB 111209A ] ، وقد يكون معدل الكشف منخفض نتيجة لانخفاض حساسية أجهزة الكشف الحالية للأحداث طويلة الأمد ، بدلاً من انعكاس ترددها الحقيقي ، وهناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات ذات الطول الموجي لاستخلاص استنتاج أقوى . [2]
آثار انفجار أشعة غاما على الأرض
إن الغلاف الجوي للأرض فعال للغاية في امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة مثل الأشعة السينية وأشعة جاما ، وبالتالي فإن هذه الأنواع من الإشعاع لن تصل إلى أي مستويات خطيرة على السطح أثناء حدث الانفجار نفسه ، وسيكون التأثير الفوري على الحياة على الأرض من GRB ضمن بضع كيلوبارس فقط زيادة قصيرة في الأشعة فوق البنفسجية على مستوى الأرض ، وتستمر من أقل من ثانية إلى عشرات الثواني ، ويمكن أن تصل الأشعة فوق البنفسجية هذه إلى مستويات خطيرة اعتمادًا على طبيعة ومسافة الانفجار بالضبط ، ولكن يبدو من غير المحتمل أن تكون قادرة على التسبب في كارثة عالمية للحياة على الأرض .
الآثار الطويلة الأجل الناجمة عن انفجار قريب أكثر خطورة ، يتسبب في حدوث تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي تشتمل على جزيئات الأكسجين والنيتروجين ، مما ينتج عنه أول أكسيد النيتروجين ثم غاز ثاني أكسيد النيتروجين . [3]
وشوهدت الظواهر الغامضة لأول مرة عام 1967 بواسطة قمر صناعي تابع للقوات الجوية الأمريكية يدعى فيلا ، وصُمم المسبار لمراقبة التجارب النووية السوفيتية السرية ، لكن انتهى الأمر باكتشاف أشعة جاما المبهرة ، الإشعاع الكهرومغناطيسي الأقوى القادم من خارج النظام الشمسي ،ووفقًا لوكالة ناسا عندما يحدث مثل هذا الحدث ، فإن أشعة غاما تصبح لامعة جدا .
اكتشاف أشعة غاما
لقد أطلق علماء الفلك مرصد كومبتون جاما راي مع تجربة المصدر المتفجر العابر (BATSE) في عام 1991 ، الذي اكتشف حدوث رشقات أشعة غاما بشكل جديد يومياً ، ووجدت BATSE أن انفجارات أشعة جاما تم توزيعها بالتساوي في السماء ، مما يعني أنها كانت تحدث في كل مكان في الكون ، وأظهر BATSE أيضًا أن هناك نوعين من رشقات أشعة جاما ، وهذه الانفجارات تستمر من 2 إلى 30 ثانية ، وتحدث وميض لمدة تقل عن ثانيتين .
منذ ذلك الحين ، وعلم الباحثون الكثير حول انفجارات أشعة غاما من خلال تطوير شبكة من أقمار الاستجابة السريعة والمراصد الأرضية التي تتلاقى جميعها مع انفجارات أشعة غاما بمجرد اكتشافها ، وقدمت هذه الشبكة بيانات توضح أن رشقات أشعة جاما تقع في المجرات بمليارات من السنين الضوئية ، وأنه بعد اشتعال أشعة جاما الأولية ، ينتج مصدر الاندفاع توهجًا بأطوال موجية أقل حيوية . [1]
من اين تأتي انفجارات أشعة جاما
تم العثور على النسخ الأطول من انفجارات أشعة جاما المرتبطة بالنجوم الفائقة التي تسمى المستعر الفوق عظيم أو الهايبرنوفا hypernovas ، والتي تحدث عندما تنتج النجوم ما بين خمسة إلى عشرة أضعاف كتلة الشمس وتنهار في ثقوب سوداء ، وفقًا لوكالة ناسا فإن الهايبرنوفا أكثر إشراقًا بنسبة 100 مرة من المُسْتَعِرُ الأعظم أو سوبرنوفا supernovas النموذجي ، ويعتقد أنه يتولد عن النجوم التي تدور بسرعة خاصة أو لديها مجال مغناطيسي قوي بشكل خاص ، مما يضفي طاقة إضافية على احتراقها .
لكن انفجارات أشعة جاما قصيرة العمر ، والتي تشكل 30٪ من هذه الأحداث ، ظلت غامضة حتى عام 2005 ، ويرجع السبب الرئيسي في ذلك إلى أنها سريعة للغاية وتتحرك بسرعة ، تمكن مرصد نيل غيريلز سويفت التابع لناسا بعد إطلاقه في عام 2004 ، (والذي كان يطلق عليه سابقًا اسم مستكشف سويفت جاما راي انفجر إكسبلورر) من تسجيل بيانات كافية لرؤية توهج انفجارات أشعة جاما قصيرة العمر ، ومعرفة أنه كان من المحتمل حدوثها عندما اصطدم اثنان من الجثث النجمية الفائقة الشدة المعروفة باسم نجوم النيوترون وشكلت ثقبًا أسودًا ، أو عندما يقضي ثقبًا أسودًا على نجمًا نيوترونيًا .
هذه الانفجارات قوية جدًا لدرجة أنها تنتج تموجات في نسيج الزمان والمكان تسمى موجات الجاذبية ، ولقد أطلق الآن الباحثون مرصد موجة التداخل بالليزر (LIGO) ، والذي يمكنه اكتشاف موجات الجاذبية من هذه التصادمات ، ومن المتوقع أن يتمكنوا من جمع مزيد من المعلومات حول العمليات التي تقوم عليها انفجارات أشعة غاما قصيرة العمر . [2]
تاريخ انفجار أشعة جاما
تم رصد انفجارات أشعة جاما لأول مرة في أواخر الستينيات من قِبل أقمار Vela فيلا الأمريكية ، والتي تم انشاؤها للكشف عن نبضات إشعاع جاما المنبعثة من الأسلحة النووية التي تم اختبارها في الفضاء ، واشتبهت الولايات المتحدة في أن الاتحاد السوفيتي قد يحاول إجراء تجارب نووية سرية بعد التوقيع على معاهدة حظر التجارب النووية في عام 1963 ، وفي 2 يوليو 1967 ، الساعة 14:19 بالتوقيت العالمي ، اكتشف أقمار Vela 4 و Vela 3 وميضًا من إشعاعات غاما على عكس أي توقيع معروف للأسلحة النووية ، ولم يتم التأكد مما حدث ولكن دون النظر إلى الأمر بشكل خاص ، قام الفريق في مختبر لوس ألاموس الوطني ، بقيادة راي كليبزالد ، بتقديم البيانات للتحقيق ، مع إطلاق قمر Vela إضافي باستخدام أدوات أفضل ، واصل فريق Los Alamos العثور على رشقات أشعة غاما التي لا يمكن تفسيرها في بياناتهم ، ومن خلال تحليل أوقات الوصول المختلفة للرشقات كما اكتشفتها أقمار صناعية مختلفة ، تمكن الفريق من تحديد تقديرات تقريبية لمواقع 16 رشقة في السماء .
وافترضت معظم النظريات المبكرة لرشقات أشعة جاما مصادر قريبة داخل مجرة درب التبانة ، من عام 1991 ، مرصد Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) ، وأداة Explorer Burst and Source Explorer (BATSE) الخاصة بهما ، وهي أداة الكشف عن أشعة غاما الحساسة للغاية ، شريطة أن تكون ملف البيانات التي أظهرت أن توزيع GRBs غير متكافئ وغير متحيز تجاه أي اتجاه معين في الفضاء .
وفي أكتوبر 2018 ، أبلغ علماء الفلك أن انفجار أشعة جاما GRB 150101B الذي تم اكتشافه في عام 2015 ، قد يكون مرتبطًا بشكل مباشر بـ GW170817 التاريخي ، وهو عبارة عن موجة جاذبية تم اكتشافه في عام 2017 ، وارتبط بدمج نجمتين نيوترونيين ، وأوجه التشابه بين الحدثين ، كانت من حيث أشعة غاما ، والانبعاثات الضوئية والأشعة السينية ، وكذلك لطبيعة المجرات المضيفة المرتبطة بها ، “ملفتة للنظر” ، مما يشير إلى أن الحدثين المنفصلين قد يكونا نتيجة الاندماج من النجوم النيوترونية .
وفي نوفمبر 2019 ، أبلغ علماء الفلك عن حدوث انفجار أشعة جاما ملحوظ ، يدعى GRB 190114C ، تم اكتشافه في البداية في يناير 2019 ، وقد تم حتى الآن تصميمه على اساس امتلاك أعلى طاقة ، 1 فولت تيرا إلكترون (Tev) ، وهي أعلى طاقة لوحظت على الإطلاق لمثل هذا حدث كوني . [3]
انفجارات أشعة غاما الطويلة
معظم الأحداث المرصودة (70٪) لها مدة تزيد عن ثانيتين وتصنف على أنها انفجارات أشعة غاما طويلة ، نظرًا لأن هذه الأحداث تشكل غالبية الانفجارات ولأنها تميل إلى الحصول على أكثر اللمعان اللامع ، فقد لوحظت بتفاصيل أكبر بكثير من نظيراتهم القصيرة ، وتم ربط كل انفجارات أشعة غاما الطويلة المدروسة جيدًا بمجرة ذات تشكيل نجمي سريع ، وفي كثير من الحالات أيضًا إلى المستعرات الأعظم ، والتي تربط بشكل لا لبس فيه GRBs الطويلة بفناء النجوم الهائلة .
انفجارات أشعة جاما طويلة جدًا
تقع هذه الأحداث في نهاية توزيع فترة GRB الطويلة ، التي تدوم أكثر من 10000 ثانية ، ولقد تم اقتراح تشكيل طبقة منفصلة ، سببها انهيار نجم عملاق أزرق ، وقد تم تحديد عدد صغير فقط حتى الآن ، وخصائصها الأساسية هي مدة انبعاث أشعة جاما الخاصة بها ، وتشمل الأحداث الطويلة جدًا التي تمت دراستها GRB 101225A ، GRB 111209A ] ، وقد يكون معدل الكشف منخفض نتيجة لانخفاض حساسية أجهزة الكشف الحالية للأحداث طويلة الأمد ، بدلاً من انعكاس ترددها الحقيقي ، وهناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات ذات الطول الموجي لاستخلاص استنتاج أقوى . [2]
آثار انفجار أشعة غاما على الأرض
إن الغلاف الجوي للأرض فعال للغاية في امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة مثل الأشعة السينية وأشعة جاما ، وبالتالي فإن هذه الأنواع من الإشعاع لن تصل إلى أي مستويات خطيرة على السطح أثناء حدث الانفجار نفسه ، وسيكون التأثير الفوري على الحياة على الأرض من GRB ضمن بضع كيلوبارس فقط زيادة قصيرة في الأشعة فوق البنفسجية على مستوى الأرض ، وتستمر من أقل من ثانية إلى عشرات الثواني ، ويمكن أن تصل الأشعة فوق البنفسجية هذه إلى مستويات خطيرة اعتمادًا على طبيعة ومسافة الانفجار بالضبط ، ولكن يبدو من غير المحتمل أن تكون قادرة على التسبب في كارثة عالمية للحياة على الأرض .
الآثار الطويلة الأجل الناجمة عن انفجار قريب أكثر خطورة ، يتسبب في حدوث تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي تشتمل على جزيئات الأكسجين والنيتروجين ، مما ينتج عنه أول أكسيد النيتروجين ثم غاز ثاني أكسيد النيتروجين . [3]
