يمكن لانفجار أشعة جاما واحد والمسمى GRB أن ينتج طاقة خلال ثوانٍ أكثر مما تنتجه الشمس في مليارات السنين. وبسبب هذه القوة يرى العلماء أن انفجارات أشعة جاما تنشأ عن بعض الأحداث الأكثر عنفًا في الكون، مثل: انفجارات المستعرات الأعظم التي تشير إلى موت النجوم الضخمة واصطدام واندماج نجمين نيوترونيين، انفجارات تنتج عن الثقوب السوداء الناشئة.
ومع ذلك لا تزال جوانب هذه الانفجارات يكتنفها الغموض، بما في ذلك سبب انفجارات GRB التي تستمر لأكثر من ثانيتين مقابل انفجارات GRB التي تستمر لفترة أقل.
لذلك أجرى فريق من العلماء بجامعة ألاباما في مدينة هانتسفيل بحثًا حول انفجارات أشعة جاما وكيفية تغيرها بمرور الوقت لوضع نموذج أفضلها وكشف أسرارها في النهاية، ونُشر البحث في مجلة الفيزياء الفلكية.
وقال قائد الفريق “جون هاكيلا”، العالم بجامعة ألاباما، في بيان: “على الرغم من دراستها لأكثر من خمسين عامًا فإن الآليات التي تنتج بها انفجارات GRB الضوء لا تزال مجهولة، وهو لغز كبير في الفيزياء الفلكية الحديثة”.
وأضاف: “إن فهم انفجارات أشعة جاما يساعدنا في فهم بعض أسرع وأقوى آليات إنتاج الضوء التي تستخدمها الطبيعة”.
صعوبة فهم انفجارات أشعة جاما
أحد الأسباب الرئيسية وراء صعوبة فهم انفجارات أشعة جاما هو أن النماذج النظرية لها لا تفسر سلوك منحنياتها الضوئية، وهي عبارة عن رسوم بيانية توضح كيفية تغير شدة الضوء الخاص بجسم ما بمرور الوقت.
ومما يزيد الوضع تعقيدًا هو أنه لا يوجد منحنيان متماثلان تمامًا لضوء GRB، ويمكن أن تستمر مدة الدفقات إلى عشرات الدقائق؛ لذلك صمم هاكيلا وزملاؤه نماذج GRBs على أنها سلسلة من النبضات النشطة، معتبرين أن هذه النبضات بمثابة الوحدات الأساسية لانبعاث GRB. وقال هاكيلا: “إنها تشير إلى الأوقات التي تضيء فيها أشعة GRB ثم تتلاشى بعد ذلك”.
وتابع: “إن الآلية التي تنتج الضوء في نبضة GRB تنتج بطريقة ما نمط سطوع، ثم تولّد بعد ذلك النمط نفسه بترتيب عكسي، وهو ما يجعل انفجارات أشعة جاما فريدة من نوعها”.
موت نجم ضخم
ركز الفريق على نماذج انفجارات GRB التي يتم إنتاجها عندما تطلق الثقوب السوداء (التي تشكلت مؤخرًا عن طريق موت نجم ضخم) نفاثات من الجسيمات التي تتحرك بسرعات قريبة من الضوء.
يشرح هاكيلا: “في هذه النماذج ينهار قلب النجم الضخم المحتضر ليشكل ثقبًا أسود، وتتمزق المواد التي تسقط في الثقب الأسود ويعاد توجيهها إلى الخارج بطول شعاعين أو نفاثات متعارضة، بسرعة تقارب سرعة الضوء”.
“بما أن انفجارات GRB قصيرة العمر نسبيًا، فقد كان من المفترض دائمًا أن التدفق يظل موجهًا نحونا طوال الحدث. لكن خصائص النبضة المعكوسة زمنيًا كان من الصعب جدًا تفسيرها إذا كانت تنشأ من داخل طائرة غير متحركة.”
لشرح الطبيعة المتماثلة لمنحنيات ضوء GRB، أضاف الفريق حركة جانبية أو جانبية إلى النفاثات النسبية التي تنطلق بعيدًا عن الثقوب السوداء الناشئة.
وتابع هاكيلا: “إن فكرة النفاثات المتحركة أفقيًا توفر حلاً بسيطًا يمكن من خلاله تفسير بنية نبضات GRB المعكوسة بمرور الوقت”. “عندما تعبر الطائرة خط البصر، سيرى المراقب الضوء الناتج أولاً من جانب واحد من الطائرة، ثم مركز النفاث، وأخيراً الجانب الآخر من الطائرة.
