Gamma-Ray Bursts: Crash Course Astronomy #40

إن كيفية تعلمنا لشيء ما في مجال العلوم،

تضاهي في روعتها، في بعض الأحيان، ما نتعلمه.

وفي حالة انفجارات أشعة غاما،

يصعب التغلب على روعة ما يحدث.

ومن بين كافة القصص التي يسردها،

فإن بدايات هذه الأشعة هي الأكثر إبهارًا.

تبدأ القصة، حرفيًا، في خضم جنون الحرب الباردة،

وتنتهي في… حسنًا، لا نهاية لها،

وهل هناك من نهايات للقصص الحقيقية؟.

لكنّها تقودنا إلى اكتشاف أعنف الأحداث

التي تحدث في الكون،

أحداث لا نراها فعليًا، وفي ذلك مفارقة جلية.

بعد الحرب العالمية الثانية،

كان الحلفاء وهم الولايات المتحدة الأمريكية

والاتحاد السوفييتي،

قد انفصلا. قاتلا معًا ضد عدو مشترك،

لكن تلك الحرب كانت قد انتهت،

لتظهر حرب أجدد، وأكثر برودًة.

أصبحت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي

عدوين لدودين، يصمم أحدهما على تدمير الآخر.

كان لدى كليهما أسلحة نووية،

لذا، لم يكن الدمار مستحيلًا كما بدا…

بل كان حدوثه المرعب أمرًا مرجحًا،

وكانت جميع الأطراف تأخذ الأمر على محمل الجد.

كان الجانبان يختبران الأسلحة النووية

عند كل فرصة، ويدفعانها إلى قوة تفجير أكبر.

في الوقت ذاته، كان الجانبان

يكتسبان خبرًة أكبر في السفر إلى الفضاء،

ويستخدمان الأقمار الصناعية للتجسس

على بعضهما. وكان الطرفان يدرسان فكرة

منصات مدارية لإطلاق الأسلحة النووية،

تمكنك من قصف العدو بالقنابل خلال دقائق،

بدلًا من الساعة

التي يستغرقها إطلاق صواريخ بالستية.

الخوف من حدوث هذا الأمر، أدى إلى تحرير معاهدة

حظر اختبارات الفضاء الخارجي في عام 1963،

التي منعت اختبار أو استخدام

الأسلحة النووية في الفضاء.

كان الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة

الأمريكية من الموقعين على هذه المعاهدة.

وبالطبع، لم يثق أي جانب بالآخر. وخوفًا

من أن يقوم الاتحاد السوفيتي بإجراء اختبارات

قد تكون تفجير صواريخ نووية عند الجانب

البعيد من القمر، حيث لا يمكن كشفها،

أطلقت الولايات المتحدة سلسلة أقمار صناعية

تدعى فيلا. تنتج التفجيرات النووية أشعة غاما،

أعلى شكل من أشكال طاقة الضوء.

تم تصميم أقمار فيلا للكشف

عن تلك الطاقة العالية.

تم تكليف عالمين هما روي أولسين

وراي كليبساديل بمهمة تحليل البيانات.

لم يدخر العالمان جهودهما وشددا والرصد

بحثًا عن أي شيء يشابه إطلاق الصواريخ النووية.

درسا إشارة تلو أخرى، وكانت كلها خاطئة. إلى

أن حل عام في 1969، وحققا اكتشافهما الأول:

وميض من أشعة غاما

ظهر على عدة أقمار صناعية في 2 يوليو، 1967.

ولكن، كانت هناك مشكلة واحدة،

سبب ظهور أشعة غاما لم يكن انفجارًا نوويًا.

فكمية أشعة غاما وكيفية تلاشيها مع الوقت

هي سمات خاصة مرتبطة بالسلاح النووي،

وما حدث في 2 يوليو بدا مختلفًا تمامًا.

كان هناك ذروة حادة وقوية لانبعاث الأشعة،

لم تدم لأكثر من ثانية، تبعها نبض أطول وأضعف

دام عدة ثوانٍ. وبنظرة سريعة

إلى بيانات اشتعال النظام الشمسي

تبين عدم وجود أية نشاطات في ذلك اليوم

قد ينتج أشعة غاما أيضًا. أمر غريب فعليًا.

وبمرور الوقت، تم اكتشاف المزيد

من انفجارات أشعة غاما الغامضة.

ومع تحسن تقنيات التحليل،

اكتشف أن هذه الأشعة لا تنبعث عن سطح الأرض،

وليست من الفضاء القريب، أي من مدار الأرض.

أيًا كانت تلك الانفجارات،

فقد كانت السماء مصدرها بشكل عشوائي،

وكانت تحدث في أقاصي الفضاء.

نشر أولسين وكليبساديل، في عام 1973،

بحثًا يحتوي على النتائج التي وصلا إليها.

اهتم علماء الفلك بالأمر. ما الذي يسبب

انفجارات أشعة غاما؟ توليد غاما صعب،

ويتطلب أحداثًا عنيفة جدًا مثل انفجار النجوم

وتأججات شمسية ضخمة أو شيء مشابه.

لكن هذه الانفجارات

لا علاقة لها بأي من تلك الأحداث.

ومما زاد الأمر سوءًا،

هو تلاشي انفجارات أشعة غاما بسرعة،

ولا تستمر سوى لثوانٍ أو دقائق،

مما يجعل تتبعها بتلسكوب أمرًا مستحيلًا.

وليتطلب تحديد مكانها في الفضاء

أسابيع أو أشهر بعد حدوثها.

وحتى عند تحديد المكان، كانت الشكوك كبيرة،

فتلسكوبات أشعة غاما غير واضحة،

ولا تستطيع تحديد الاتجاهات على الإطلاق.

مما أدى إلى اعتبار آلاف النجوم والمجرات

وغيرها من الأجرام مصدرًا محتملًا للتدفق المكتشف

ولم يكن بالمستطاع حصر الخيارات أكثر من ذلك.

الأمر شبيه بإخبار أحدهم أنّك قد أسقطت

ربع دولار وتريد مساعدة في إيجاده.

وعندما يسألونك أين أوقعته،

تجيب: في وايومينغ.

ومع اكتشاف المزيد من تلك الأجسام، لوحظ

أنّها تحدث فعليًا في نقاط عشوائية في السماء،

وكان ذلك بحد ذاته مشكلة. لو كانت

الانفجارات ناتجة عن تصادم المذنبات مثلًا

على نجوم نيوترونية، وقد كان ذلك افتراضًا

محتملًا، فإن ذلك يعني مشاهدة انفجارات أكثر

على سطح مجرة درب التبانة لا فوقه. فالمكان

الوحيد تقريبًا الذي نجد فيه النجوم النيوترونية

هو سطح المجرة، حيث تتشكل النجوم الضخمة.

لو كانت انفجارات أشعة غاما

ناتجة نجوم نيوترونية، فسنراها هناك.

لكنّنا نراها في مختلف أرداء السماء.

وذلك يعني أن انفجارات أشعة غاما قد تكون قريبة

جدًا، لا تبعد سوى بضعة مئات السنوات الضوئية،

أو أنّها تأتي من مكان بعيد جدًا،

بعيد لدرجة أنّ المجرات القريبة

لا تؤثر على انتشاره! لم نر تأثير فائض

على تجمع مجرات العذراء على سبيل المثال.

إذن، لا بد أنّها تأتي من مجرات أبعد،

في أرجاء هذا الكون!

لم يكن التفسيران منطقيين،

لأنّ علماء الفلك لم يستطيعوا التوصل إلى أي شيء

يمكن له توليد انفجارات قريبة،

ومن الواضح أنّ الطاقة التي تؤدي

إلى حدوث انفجار لأشعة غاما من على بعد

ملايين السنوات الضوئية هي طاقة ضخمة جدًا.

كان هذا أكبر الألغاز في علم الفلك لعقود.

الأمل الوحيد هو تسريع الاستجابة

بحيث يصبح من الممكن

تسجيل تلاشي أي انفجار قبل اختفائه تمامًا.

أصبح ذلك الأمل واقعًا في عام 1997. تم إطلاق

القمر الصناعي الهولندي الإيطالي بيبوساكس

قبل عام، وكان مصممًا للبحث عن الومضات عابرة

لأضواء ذات طاقة عالية، وتحديد مكانها.

كشف القمر في عام 1997 عن تدفق لأشعة غاما

واستطاع إيجاد موقعه بدرجة من الدقة في السماء،

وخلال ساعات،

حددت تلسكوبات الأرض الموقع،

ولأول مرة شوهد الوهج المتلاشي

لانفجار أشعة غاما.

لقد كان حدثًا أذهل علماء الفلك،

فالانفجار حدث فوق مجرة باهتة.

تم اكتشاف انفجار أشعة غاما آخر

بعد أشهر، في مجرة باهتة أخرى.

عندما تم تحديد المسافة إلى تلك المجرة،

أصيب علماء الفلك بالذهول مجددًا،

كانت تبعد 6 مليارات سنة ضوئية.

انتهى اللغز، ليحل مكانه لغز أكبر، كانت تلك

الانفجارات تحدث في مكان بعيد، بعيد جدًا.

ولكن ذلك يعني، أنها كانت قوية إلى حد لا يصدق.

ما الذي قد يسبب انفجارًا ضخمًا بهذا الشكل؟

عند الحاجة إلى قوة هائلة، تكون الثقوب السوداء

هي الأماكن الأمثل لإيجادها.

تتشكل الثقوب السوداء بسبب انهيار مراكز النجوم

الضخمة وانفجارها. لكن ما تزال ثمة مشكلة.

فبسبب بعدها وبريقها، لا يستطيع حتى

المستعر الأعظم التسبب في انفجار أشعة غاما!

فلنتأمل هذا الأمر قليلًا،

أعنف الاحداث المعروفة في الكون في ذلك الوقت

لم تكن كافية لتفسير شدة انفجار أشعة غاما.

إلّا إذا…

ابتكر علماء الفلك فكرة،

ماذا لو كانت الطاقة الناتجة عن المستعر الأعظم

مركزة بطريقة ما؟

تنتشر الطاقة الناجمة عن المستعر الأعظم

في كل الاتجاهات، وتمتد ككرة سماوية.

إذا كان من الممكن جمع تلك الطاقة

وإرسالها كشعاع، قد يفسر ذلك الانفجارات.

ندرك الآن أنّ هذا هو ما حصل.

فعند انهيار مركز نجم ضخم، وتشكل الثقب الأسود،

تسقط المادة الموجودة خارج المركز تمامًا،

وتشكل اضطرابًا ساخنًا كالدوامة،

يدعى بالقرص المتعاظم.

يلتف المجال المغناطيسي المحيط بتلك المادة

وبالثقب الأسود،

بفعل دوران القرص السريع،

ليتجه إلى الأعلى وخارج القرص وبعيدًا عن الثقب

الأسود. ما تزال التفاصيل غير واضحة تمامًا،

لكن هذا الحدث يطلق أشعة من المادة والطاقة،

بعيدًا عن الثقب الأسود.

وكمية الطاقة في الأشعة مذهلة،

تساوي طاقة انفجار المستعر الأعظم!

تبتعد هذه الأشعة عن الثقب الأسود

بسرعة الضوء تقريبًا،

محرقةً طريقها عبر النجم، لتنفجر في الفضاء.

أشعة الموت هذه براقة جدًا

ويمكننا كشفها

من على بعد مليارات السنوات الضوئية.

انفجار المستعر الأعظم ليس حدثًا صغيرًا، فهو ضخم

درجة أنه ينفجر بطاقة أكبر من مستعر أعظم عادي.

وهي إنها انفجارات جبارة حتى أن علماء الفلك

أطلقوا عليها اسم مستعرات فوق العظيمة.

هذا رائع بالفعل!

لستم بحاجة إلى معدات متخصصة لرؤيتها.

في 19 مارس عام 2008،

حدث انفجار واضح لأشعة غاما، وتم تحديد موقعه

على أنه يبعد7،5 مليار سنة ضوئية عن الأرض.

ورغم تلك المسافة الكبيرة،

إلا أنه أحدث بريقًا شديدًا

ولو كنتم تنظرون إلى ذلك الجزء من السماء،

كنتم سترونه بالعين المجردة.

حسنًا، ظن البعض، في تلك الحالة

أن الشعاع موجه مباشرة نحونا،

ولهذا كان بريقه شديدًا جدًا.

من الجيد أنّه كان على مسافة بعيدة جدًا.

وهذا يفسر انفجارات أشعة غاما…

أو أحد أنواع الانفجارات على الأقل.

فقد تبين أنّ هناك نوعين. فعند التمعن

في مدة الانفجارات التي تم اكتشافها،

نلاحظ أنها تنقسم لمجموعتين: واحدة تدوم أكثر

من ثانيتين وتنتج عن انفجار مستعر فوق الأعظم،

وهي انفجارات أسرع بكثير، قد لا يدوم أحدها

لأكثر من واحد في الألف من الثانية.

إنها سريعة جدًا، لذا لا يمكن أن تكون ناجمًة عن

انهيار مركز مستعر أعظم. فلا بد من سبب آخر لها

لكن، ما هو الأمر الآخر الذي يمكن أن يكون له

طاقة تدميرية تشابه انفجار مستعر فوق الأعظم؟

تبين أنّه اصطدام نجمين نيوترونيين، وانفجارهما!

تخيلوا نجمين ضخمين ولدا معًا كنجم ثنائي.

يتحول أحدهما إلى مستعر أعظم ويتبعه توأمه،

ويصبحان نجمين نيوترونيين يدوران حول بعضهما.

من الممكن أن يبقيا على هذه الحال للأبد،

لولا موضوع الجاذبية التي تنبأت بها

نظرية آينشتاين للنسبية.

الأجسام الضخمة التي تدور حول بعضها

تفقد الطاقة المدارية ببطء

بإطلاق أمواج تجاذبية،

تموج في الفضاء.

أعرف، هذا غريب، ولكن هذه هي النسبية. ولكن، إن

فكرنا بالأمر على أنه تسريب بطيء في المدارات،

يقارب بين النجوم النيوترونية تدريجيًا .

عبر مليارات السنين، يقترب النجمان أكثر،

وباقترابهما يصبح دورانهما حول بعضهما أسرع.

وأخيرًا، يلتحمان في طرفة عين.

إذا كانت كتلتهما مجتمعة

أكثر بـ2،8 مرة من الشمس

فإنهما سينهاران، ويتشكل ثقب أسود.

ما يحدث بعد ذلك غريب ورائع.

فلبرهة قصيرة جدًا، يصبح النظام ثقب أسود

يدور حوله حطام كثيف جدًا ناتج عن الالتحام،

يحتوي على كميات مهولة من النيترونيوم،

المادة المكونة للنجم النيوتروني. يحاكي

الانفجار ما يحدث في المستعر فوق الأعظم

ويتحول إلى قرص متعاظم، ترتفع حرارته إلى

درجة عالية جدًا، ويطلق أشعة المادة والطاقة.

ولأنّ المادة متراصة أكثر،

فإن وميض أشعة غاما أقصر بكثير.

في حال كنتم تتساءلون، أجل

ذلك بالضبط ما أراه في كوابيسي.

مما يوصلنا إلى فقرة التركيز.

إذا كانت انفجارات أشعة غاما عظيمة بحيث

يمكننا رؤيتها من على بعد نصف مساحة الكون،

ما الذي يمكن أن يحصل،

لو أن أحدها حدث قريبًا منا؟

لن يكون الوضع جيدًا بكل تأكيد.

تحدثت مسبقًا عن مخاطر اقتراب المستعر الأعظم،

ومخاطر انفجارات أشعة غاما مشابهة تقريبًا.

لكن، ولأن الطاقة تنبعث في شعاع،

فهي خطيرة رغم بعدها، بينما على المستعر الأعظم

أن يبعد بضعة مئات السنوات الضوئية ليؤذينا.

لكن انفجارات أشعة غاما قد تكون على بعد 7 آلاف

سنة ضوئية، إلا أنها ستسبب الضرر ذاته!

لكن هناك جانب مشرق لتلك الأشعة:

فلأنها ضيقة جدًا، يمكننا رؤية انفجار

إذا كان الشعاع موجه نحونا تمامًا. ذلك يقلص

بشكل كبير من احتمال إصابتنا بانفجار قريب.

ولكن، هناك نجمان، ضمن منطقة الخطر،

قد ينفجران يومًا ما كأشعة غاما.

إنهما إيتا كارينيه ودبليو آر 104.

النبأ السار هو أنّ كليهما…

على حدود المسافة التي تحدد منطقة الخطر،

لذا، على الأرجح أنهما لن يتمكنا من إيذائنا.

والخبر الأفضل،

هو أنّه لا يبدو أنّهما موجهان نحونا.

كما أننا على حد علمنا بأمان من انفجارات

أشعة غاما التي تحفزها المستعرات فوق العظمى.

كما لم نرصد نجومًا نيوترونية على وشك الالتحام.

من الممكن أن هذه النجوم معتمة ويصعب رصدها،

لكنّها نادرة ومن غير المرجح أنّ أي منها قريب.

لذلك، لست قلقًا بشأنها.

تم افتتاح المزيد من المراصد الفلكية

خلال السنوات الماضية لاكتشاف الانفجارات.

ومن أهمها مرصد سويفت التابع لناسا، وهو مصمم

لتمييز وميض أشعة غاما الناتجة عن أي انفجار،

ومن ثم التفاعل بسرعة لتوجيه تلسكوبات

الأشعة فوق البنفسجية نحو المنطقة،

لتحديد مكان الانفجار بدقة. ثم ترسل

الإحداثيات إلى الأرض كي يتمكن عدد أكبر

من التلسكوبات على الأرض من الانضمام إليها.

وبحلول عام 2015، كان سويفت قد اكتشف

أكثر من 900 انفجار لأشعة غاما. سرعة

الاستجابة مهمة للحصول على بيانات الانفجار.

منذ اطلاق سويفت

تطور فهمنا لتلك الظواهر بشكل كبير.

والآن، بوجود أسطول

من الأقمار الصناعية تغطي السماء،

يمكننا رؤية انفجار أشعة غاما يوميًا تقريبًا.

وتذكروا أنّنا نراها فقط عندما تكون

موجهة نحونا! ويعني ذلك أنّنا لا نلاحظ معظمها،

نسبة انفجارات أشعة غاما أكبر في الكون.

قد تحدث المئات منها يوميًا

في مكان ما في الكون.

انفجارات أشعة غاما من أروع أحداث الكون.

إنها أعنف الانفجارات

يستطيع الكون تقديمها، وأكثرها طاقة.

كل ما فيها مذهل،

من اكتشافها إلى ما يمنحها الطاقة

وما ينتج عنها.

في الواقع، عندما تفكرون في الأمر،

فإن هذا أروع ما فيها،

في كل مرة نشهد أحد هذه الانفجارات،

نشهد ولادة ثقب أسود.

انفجارات أشعة غاما

هي ولادة الثقوب السوداء.

تعلمنا اليوم أنّ انفجارات أشعة غاما

قد تم اكتشافها خلال الحرب الباردة،

عندما شعرت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي

بالقلق من تفجير أسلحة نووية في الفضاء.

تأتي الانفجارات على شكلين، طويلة وقصيرة.

الطويلة من مستعر فوق أعظم، وهي نجوم كبيرة

تنفجر مرسلة شعاعين توأمين من الطاقة والمادة.

وهي قصيرة ناتجة عن التحام نجوم نيوترونية.

النوعان مليئان بالطاقة، ويمكن رؤيتهما

على بعد آلاف السنوات الضوئية.

وكلاهما أيضًا يعلنان عن ولادة الثقوب السوداء.

يُقدم Crash Course بالتعاون مع أستوديوهات

PBS Digital. زوروا قناتهم على موقع يوتيوب

لمشاهدة فيديوهات المزيد من الفيديوهات

الرائعة. كتبت أنا، فيل بليت، هذه الحلقة،

وحرر النص بليك دي باستينو.

ومستشارنا دكتور ميشيل ثالر.

وأخرجها نيكولاس جنكينز وحررتها نيكول سويني

ومصمم الصوت مايكل أراندا.

وفريق الرسومات هو Thought Café.

اترك تعليقاً

Close Menu