اندماج نجمتين نيوترونيتين في رأي الفنان. تمثل تشوهات الشبكة الفضائية الزمانية موجات الجاذبية المنبعثة أثناء التصادم ، والأشعة الضيقة هي نفاثات إشعاع جاما التي تطلق بضع ثوان بعد موجات الجاذبية (يرى الفلكيون أنها ومضات لأشعة جاما)في 17 أغسطس ، بعد رحلة استغرقت 130 مليون سنة ، وصلت إشارة على شكل موجات جاذبية من نجمين نيوترونيين ، تتحرك نحو بعضها البعض في دوامة في المراحل الأخيرة من الاندماج ،
على الأرض . بعد اصطدام أسطح النجمين ، انتهت الإشارة فجأة ، وكان هناك صمت. على الرغم من أن بقايا النجوم التي يبلغ قطرها ربما 20 كم فقط كانت تتحرك بسرعة حوالي 30 ٪ من الضوء ، إلا أننا لم نرى أي شيء بعد الاصطدام. وبعد 1.7 ثانية فقط وصلت الإشارة الأولى: الضوء على شكل أشعة غاما. من أين يأتي التأخير؟ سؤال رائع طرحه القارئ:
دعونا نناقش أهمية الاختلاف 1.7 ثانية بين وقت وصول موجات الجاذبية وانفجار أشعة غاما خلال الحدث الأخير مع النجوم النيوترونية.
دعونا نرى ما رأيناه ونحاول أن نفهم من أين يأتي هذا التأخير.
يمكن أن تنبعث النجوم النيوترونية أثناء الاندماج في نفس الوقت تقريبًا موجات جاذبية وإشارات كهرومغناطيسية. لكن تفاصيل الاندماج غامضة نوعًا ما ، والنماذج النظرية لا تتطابق تمامًا مع الملاحظات.أثناء اقتراب النجوم النيوترونية قبل الاندماج ، تصبح موجات الجاذبية أقوى. على عكس اندماج الثقب الأسود ، لا يوجد أفق حدث ولا خصوصية في المركز. النجوم النيوترونية لها سطح صلب ، 90 ٪ منها تتكون من النيوترونات ، و 10 ٪ من نوى الذرات الأخرى (والإلكترونات) الموجودة على السطح. من المتوقع أنه عند اصطدام سطحين من هذا القبيل ، يجب أن يحدث تفاعل نووي غير منضبط ، مما يؤدي إلى:
- الافراج عن كمية كبيرة من المادة ، عدة مرات أكبر من المشتري في الكتلة.
- تكوين جسم منهار مركزي ، على الأرجح ثقب أسود ، وفقط بعد بضع مئات من الثواني ، إذا تحدثنا عن الكتل المشاركة في الحدث الموصوف.
- تسريع وطرد المواد المحيطة بالأشياء المتواجدة.
نحن نعلم أنه عندما يندمج نجمان نيوترونيان ، وتظهر المحاكاة في الصورة ، فإنهما ينبعثتا نفاثات أشعة جاما ويسببان ظواهر كهرومغناطيسية أخرى. لكن السؤال عن سبب حدوث انفجار أشعة جاما بعد 1.7 ثانية من اندماج الجاذبية لم يعط بعد إجابة واضحة.بفضل الملاحظات من أكثر من 70 تلسكوبًا وساتلاً في أطياف من أشعة غاما إلى موجات الراديو ، نعلم الآن أنه في مثل هذه العمليات يتم إنشاء معظم العناصر الثقيلة في الجدول الدوري. نحن نعلم أنه نتيجة للاندماج ، على الأرجح ، ظهر نجم نيوتروني سريع الدوران ، والذي انهار في ثقب أسود بعد جزء من الثانية. ونحن نعلم أن أول إشارة كهرومغناطيسية لهذا الاندماج - أشعة غاما عالية الطاقة - وصلت بعد 1.7 ثانية من نهاية إشارات الجاذبية. على مقياس زمني يبلغ 130 مللي أمبير ، هذا يعني أن سرعات موجات الجاذبية والضوء متساوية مع خطأ
10-15 .
في اللحظات الأخيرة من الاندماج ، لا ينبعث نجمان نيوترونيان فقط من موجات الجاذبية ، ولكن أيضًا يتعرضان لانفجار كارثي يستجيب في جميع أنحاء الطيف الكهرومغناطيسي. يتيح لنا الفرق في الوصول بين موجات الضوء والجاذبية معرفة الكثير عن الكون.ولكن لماذا تأخرت أشعة غاما؟ لماذا لم يأتوا في نفس وقت موجات الجاذبية؟ هناك خياران ممكنان:
- تنبعث أشعة غاما بعد 1.7 ثانية من التلامس الأول لأسطح النجوم النيوترونية.
- تنبعث أشعة جاما على الفور تقريبًا ، ولكن تأخرت بسبب مرور المادة المحيطة بالمشهد.
المصيد هو أن الإجابة الحقيقية قد تتحول إلى مزيج من كلا العاملين أو بديل غير محتمل يتضمن الفيزياء الغريبة (اختلاف طفيف في سرعة الموجات التثاقلية والكهرومغناطيسية). دعونا نرى كيف يمكن لعب كلا الخيارين.
خلال النهج اللولبي واندماج نجمين نيوترونيين ، يجب أن تخرج كمية كبيرة من الطاقة ، بالإضافة إلى ظهور العناصر الثقيلة والموجات الثقالية والإشارات الكهرومغناطيسيةالتأخير في ظهور إشعاع غاما: عندما يصطدم نجمان نيوترونيان ، ينبعث منهما أشعة غاما. كانت النظرية الرائدة على مدى العشرين عامًا الماضية حول ظهور ومضات قصيرة من إشعاع غاما في السماء هي اصطدام النجوم النيوترونية - وقد تم تأكيد هذه النظرية بشكل مثير للدهشة عند مراقبة الحدث GW170817. ولكن أين بالضبط تظهر أشعة جاما؟
- على سطح النجوم النيوترونية.
- بسبب اصطدام المادة المهملة بالمادة المحيطة.
- في نوى النجوم النيوترونية.
إذا كان أي من الخيارين الأخيرين صحيحًا ، فيجب تأجيل أشعة جاما. الاندماج ، وطرد المواد ، وتصادمها مع المادة المحيطة ، وانبعاث المواد عالية الطاقة بأشعة جاما - كل هذا يستغرق وقتًا. إذا كانت المادة تقع على مسافة كبيرة من نجم نيوتروني ، على سبيل المثال ، بعشرات أو مئات الآلاف من الكيلومترات ، فإن هذا ببساطة يفسر التأخير.
إذا لم تظهر أشعة جاما على السطح ، ولكن داخل النجوم النيوترونية المتصادمة ، يجب أن يكون هناك أيضًا تأخير ، لأن الضوء سيستغرق بعض الوقت للتغلب على سمك النجم ويأتي إلى السطح. لا تتأخر موجات الجاذبية عند المرور عبر مادة كثيفة ، ويتأخر الضوء. سيكون هذا مشابهًا جدًا لملاحظة السوبرنوفا في عام 1987 ، عندما وصلت النيوترينوات (التي لم تتأخر بالمرور عبر المادة) قبل أربع ساعات من الإشارة الضوئية الأولى ، حيث تأخر الضوء من خلال كمية كبيرة من المادة. يمكن أن يسبب أي من هذه التفسيرات تأخيرات أشعة جاما.
ومضة سريعة من أشعة جاما ، والتي اعتبر سببها منذ فترة طويلة اندماج النجوم النيوترونية. يمكن أن تؤدي البيئة الغنية بالغاز إلى تأخير وصول الإشارة.الانبعاث الفوري ، ولكن الوصول المتأخر: خيار أساسي آخر. حتى إذا كانت أشعة جاما تنبعث من حجر الراين ، فإنها تحتاج إلى المرور ببيئة غنية بالمادة لنجم نيوتروني. وستكون غنية بالمادة ، لأنه بسبب السرعة العالية جدًا لحركة النجوم النيوترونية والمجالات المغناطيسية الضخمة المنبعثة منها ، سيتم بالتأكيد إلقاء المواد في الفضاء أثناء التقارب والاندماج. تدوم رقصتهم المشتركة وقتًا طويلاً جدًا ، لذا يجب أن تتجمع الكثير من المواد حولهم ، والتي من خلالها يجب أن يمر الضوء قبل أن يصل إلى أعيننا. هل هناك ما يكفي من المواد لحمل الضوء لمدة 1.7 ثانية؟ يمكن أن يكون كثيرًا - وهذا خيار آخر من الخيارات الرئيسية.
النجم النابض في الأشرعة ، مثل جميع النجم النابض ، هو مثال على جثة نجم نيوتروني. غالبًا ما يكون محاطًا بالغاز والمادة بهذه الطريقة ، وقد تكون المادة المحيطة بالنجوم النيوترونية المشاركة في GW170817 مسؤولة عن تأخر الضوء.للحصول على الإجابة الصحيحة ، من الضروري دراسة متغيرات الأحداث لمجموعات مختلفة من الكتل: الكتلة الإجمالية تصل إلى 2.5 من الطاقة الشمسية (ونتيجة لذلك تحصل على نجم نيوتروني مستقر) ؛ من 2.5 إلى 3 كتل شمسية (كما في حال رأينا - يظهر نجم نيوتروني مؤقتًا ، ثم يتحول إلى ثقب أسود) ؛ أكثر من 3 كتل شمسية (يظهر ثقب أسود على الفور) ؛ وكذلك قياس الإشارات الضوئية. يمكننا معرفة المزيد إذا حددنا مسبقًا بداية مرحلة النهج الحلزوني ويمكننا توجيه الأدوات إلى النقطة المطلوبة قبل الاندماج في بعض الوقت. نظرًا لأن LIGO / Virgo وكاشفات موجات الجاذبية الأخرى قد اكتسبت وأصبحت أكثر حساسية ، فإن هذه الإجراءات ستصبح أفضل وأفضل معنا.
بقايا مستعر أعظم عام 1987 يقع في سحابة ماجلان الكبيرة بسرعة 165،000 سنة ضوئية. إن حقيقة وصول النيوترينوات قبل ساعات من الإشارة الضوئية الأولى أخبرتنا أكثر عن الوقت الذي يستغرقه الضوء لاختراق طبقات المستعر الأعظم أكثر من سرعة النيوترينو التي لا يمكن تمييزها عن سرعة الضوءالأفكار الغريبة ، مثل سرعات الجاذبية والضوء المختلفة ، غير ضرورية تمامًا لتفسير هذه الملاحظة. يمكن تفسير التأخير البالغ 1.7 ثانية باستخدام عدة أفكار لا تخرج عن الفيزياء التقليدية. تمر موجات الجاذبية ببساطة عبر المادة بدون مقاومة ، ويتفاعل الضوء معها ، كونها موجة كهرومغناطيسية ، وهذا يمكن أن يؤدي إلى نتائج مختلفة تمامًا. بالمقارنة مع المستعرات الأعظمية ، فإن أشعة غاما التي تولد نجوم نيوترونية صغيرة ، لذلك ، لوصف هذا التأثير بشكل كامل ودقيق ، سيكون من الضروري فهم كيفية استمرار هذه الكارثة في فترات زمنية قصيرة جدًا. يسعى منظّرو السباق إلى فهم ما يحدث ، لدينا بالفعل البيانات. والحدث التالي يمكن أن يغير كل شيء.
إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].