ربما نعرف أخيرًا سبب أكبر انفجار كوني على الإطلاق

أقوى انفجار شاهده علماء الفلك على الإطلاق يحتوي على إشارة غامضة يعتقد أنها مستحيلة الوجود. تعطينا هذه الإشارة أول نظرة تفصيلية لنا داخل انفجار أشعة جاما، وتشير إلى أنها تنطوي على إبادة المادة والمادة المضادة.

انفجارات أشعة جاما (GRBs) هي أقوى انفجارات الإشعاع في الكون، وتتولد في انفجارات واصطدامات كونية. يشتبه الفيزيائيون في أن أعلى طاقة لـ GRBs تأتي من انهيار النجوم وتشكيل ثقب أسود. ينتج الثقب الأسود بعد ذلك دفقة من المواد، تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء، والتي تخترق النجم الفاشل وترسل انفجارات من الإشعاع يمكننا رصدها على الأرض. لكن كيف يتم إنتاج هذا الإشعاع بالضبط، أو ما قد يحتوي عليه النفاث، لا يزال مجهولاً.

يأتي الكثير من هذا اللغز من طيف الضوء الذي يمكننا رؤيته. على عكس الضوء الذي نلاحظه من الأجسام الأخرى في الكون، والذي يحتوي على أشواك مميزة يمكن أن تخبرنا عن الذرات المحددة أو المادة الأخرى التي أنتجت هذا الانفجار من الطاقة، فإن طيف الضوء الصادر عن انفجارات أشعة جاما يبدو دائمًا سلسًا وبلا ملامح .

في تسعينيات القرن الماضي، أصبح الباحثون متحمسين لاحتمال أن تظهر بعض دفقات GRB خطوطًا مميزة، ولكن بعد تحليلات دقيقة وجدوا أن هذه أخطاء إحصائية وخلصوا إلى أن أطياف GRB لا يمكن أن تكون شائكة.

الآن، اكتشفت ماريا رافاسيو من جامعة رادبود في هولندا وزملاؤها أن GRB221009A، الذي تم اكتشافه في عام 2022 والذي أُطلق عليه لقب ألمع انفجار منذ الانفجار الكبير، يحتوي في الواقع على ذروة طاقة تبلغ حوالي 10 ميجا إلكترون فولت.

يقول رافاسيو: “في المرة الأولى التي رأيت فيها الخط، اعتقدت أنني فعلت شيئًا خاطئًا”. ولكن بعد إجراء تحليل إحصائي مفصل واستبعاد المشاكل المتعلقة بأداة المراقبة – تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما – خلصت رافاسيو وزملاؤها إلى أن الارتفاع في الطيف كان حقيقيا. “عندما أدركت أنه لم يكن خطأً، شعرت بالقشعريرة لأنني أدركت أنه كان شيئًا ضخمًا.”

نظرًا لأن جميع انفجارات أشعة غاما تقريبًا تظهر توزيعًا مشابهًا للطاقات، يقوم علماء الفلك بتحليل اكتشافات انفجارات أشعة غاما الجديدة باستخدام طرق تحليل البيانات التي تعمل بشكل أفضل مع هذا النمط. لكن رافاسيو وفريقها استخدموا بدلاً من ذلك طريقة تسمح بتحديد القمم، ووجدوا أن هذه الطريقة تناسب البيانات بشكل أفضل. يقول رافاسيو: “لقد ظل هذا الجزء من طيف أشعة جاما على حاله لسنوات، ولم يكن أحد يبحث فيه”. “طاقة [GRB221009A] سمح لنا برؤية هذا الجزء من الطيف بشكل أفضل بكثير.

تشير هذه الذروة إلى عملية فيزيائية محددة وراء انفجارات أشعة غاما، وهي مفقودة في أفضل نماذجنا لها.

للتركيز على ما يمكن أن يكون عليه هذا الأمر، عملت رافاسيو وزميلتها على افتراض عدم وجود ذرات كاملة في الطائرة، وذلك بسبب مدى نشاطها. وقد ترك هذا تفسيرًا معقولًا: فناء الإلكترونات مع نظيراتها من المادة المضادة، البوزيترونات. مثل هذا الإبادة من شأنه أن ينتج أشعة جاما بذروة مميزة تبلغ 511 كيلو إلكترون فولت. يقول رافاسيو: “يخبرك هذا بالفعل بتركيبة الدفق، وهو أمر لم نفهمه منذ انفجارات GRB الأولى”.

الذروة الأعلى البالغة 10 ميغا إلكترون فولت التي لاحظها الباحثون كانت بسبب تحول طيف الطاقة بواسطة الطائرة النفاثة سريعة الحركة التي أنتجت الإشعاع، على غرار الطريقة التي تبدو بها صفارة سيارة الإسعاف التي تتحرك نحوك أعلى درجة.

ويعني هذا الاختلاف أنهم تمكنوا من حساب سرعة الطائرة التي أنتجت الانفجار، والتي كانت تسير بسرعة 99.99% من سرعة الضوء.

يقول إريك بيرنز، من جامعة ولاية لويزيانا، إن العثور على انفجارات GRB ذات خط مميز هو “واحدة من أكبر المفاجآت في مجالنا منذ أكثر من عقد من الزمن”.

كان بيرنز، الذي ساعد في تحليل البيانات الأصلية التي أدت إلى اكتشاف GRB221009A، يقدم النتائج في مؤتمر مع زملائه عندما سمع باكتشاف رافاسيو. يقول بيرنز: «لم يصدق أحد منا أن هذه الورقة البحثية يمكن أن تكون صحيحة». “لقد قرأنا العنوان، وكان كل واحد منا يقول، هذا خطأ، ومن المستحيل أن يكون هذا صحيحًا.”

لكن التحليل الذي أجرته رافاسيو وزملاؤها يبدو صحيحًا، كما يقول. “إنه أمر مذهل إلى حد ما. يقول بيرنز: “لقد فاتنا هذا تمامًا لأننا لم نبحث عنه، لأننا كنا مقتنعين تمامًا بأن انفجارات أشعة جاما ليس لها خطوط”.

من الممكن أن يكون لـ GRBs الأخرى أيضًا قمم طيفية مثل هذه، والتي قد تكون جديرة بالبحث عنها، ولكن من المحتمل أننا لم نتمكن من رؤية هذه إلا لأنها جاءت من ألمع GRB على الإطلاق، كما يقول بيرنز.