أعلن العلماء، أمس، في مؤتمر صحفي بواشنطن، رسمياً، تسجيل حدث فلكي لم يسجله أحد من قبل، وهو اندماج نجمين نيوترونيين. وبناءً على نتائج الملاحظة، تم نشر أكثر من 30 مقالاً علمياً في خمس مجلات، لذلك لا يمكننا التحدث عن كل شيء دفعة واحدة. وفيما يلي ملخص وأهم الاكتشافات. 
لاحظ علماء الفلك اندماج نجمين نيوترونيين وولادة ثقب أسود جديد. النجوم النيوترونية هي أجسام تظهر نتيجة انفجارات النجوم الكبيرة والهائلة (أثقل من الشمس بعدة مرات). أحجامها صغيرة (عادة لا يزيد قطرها عن 20 كيلومترا)، ولكن كثافتها وكتلتها هائلة. أدى اندماج نجمين نيوترونيين إلى خلق ثقب أسود على بعد 130 مليون سنة ضوئية من الأرض، وهو جسم أكثر ضخامة وكثافة من النجم النيوتروني. كان اندماج النجوم وتكوين الثقب الأسود مصحوبًا بإطلاق طاقة هائلة على شكل جاذبية وأشعة جاما وإشعاع بصري. تم تسجيل جميع أنواع الإشعاع الثلاثة بواسطة التلسكوبات الأرضية والمدارية. وتم تسجيل موجة الجاذبية بواسطة مراصد LIGO وVIRGO. 
كانت موجة الجاذبية هذه أعلى موجة طاقة تم رصدها حتى الآن. وصلت جميع أنواع الإشعاع إلى الأرض في 17 أغسطس. أولاً، سجلت مقاييس التداخل الليزرية الأرضية LIGO وVirgo الضغط والتمدد الدوري للزمكان - وهي موجة جاذبية دارت حول الكرة الأرضية عدة مرات. الحدث الذي ولّد موجة الجاذبية سُمي GRB170817A. وبعد بضع ثوان، اكتشف تلسكوب فيرمي لأشعة جاما التابع لناسا فوتونات عالية الطاقة في نطاق أشعة جاما. وبعد ذلك بدأ شيء ما: بعد تلقي تحذير من التعاون بين LIGO/Virgo، قام علماء الفلك في جميع أنحاء الأرض بتعديل تلسكوباتهم وفقًا لإحداثيات مصدر الإشعاع. وفي هذا اليوم نظرت التلسكوبات الكبيرة والصغيرة، الأرضية والمدارية، العاملة في جميع النطاقات، إلى نقطة واحدة في الفضاء. وبناء على نتائج الملاحظات، قامت جامعة كاليفورنيا (بيركلي) بإجراء محاكاة حاسوبية لاندماج النجوم النيوترونية. كان كلا النجمين، على ما يبدو، أكبر قليلا من الشمس (ولكن في نفس الوقت أصغر بكثير في نصف القطر). كانت هاتان الكرتان ذات الكثافة المذهلة تدوران حول بعضهما البعض، وتتسارعان باستمرار. وإليك كيف سارت الأمور: نتيجة اندماج النجوم النيوترونية، تم إطلاق ذرات العناصر الثقيلة - الذهب واليورانيوم والبلاتين - إلى الفضاء الخارجي؛ ويعتقد علماء الفلك أن مثل هذه الأحداث هي المصدر الرئيسي لهذه العناصر في الكون. "شاهدت" التلسكوبات الضوئية أولاً الضوء المرئي الأزرق، ثم الأشعة فوق البنفسجية، التي أفسح المجال للضوء الأحمر والإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء. 
يتطابق هذا التسلسل مع التوقعات النظرية. ووفقا للنظرية، عندما تصطدم النجوم النيوترونية، فإنها تفقد بعضا من مادتها، حيث يتم رشها حول موقع الاصطدام بسحابة ضخمة من النيوترونات والبروتونات. عندما يبدأ الثقب الأسود بالتشكل، يتشكل حوله قرص تراكمي، تدور فيه الجسيمات بسرعات هائلة - كبيرة جدًا لدرجة أن بعضها يتغلب على جاذبية الثقب الأسود ويطير بعيدًا. وينتظر هذا المصير ما يقرب من 2% من مادة النجوم المتصادمة. وتشكل هذه المادة سحابة حول الثقب الأسود يبلغ قطرها عشرات الآلاف من الكيلومترات وكثافة تعادل تقريبا كثافة الشمس. تلتصق البروتونات والنيوترونات التي تشكل هذه السحابة معًا لتشكل نوى ذرية. ثم يبدأ اضمحلال هذه النوى. لاحظ علماء الفلك على الأرض الإشعاع الصادر من النوى المتحللة لعدة أيام. وفي ملايين السنين منذ حدث GRB170817A، ملأ هذا الإشعاع المجرة بأكملها.
اكتشف العلماء الروس، كجزء من التعاون بين LIGO وVirgo، لأول مرة موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين. وهذا هو الحدث الكوني الأول الذي يتم رصده في كل من موجات الجاذبية والكهرومغناطيسية. وتم تقديم هذا الاكتشاف اليوم في مؤتمرات صحفية في واشنطن وموسكو. سيتم نشر النتائج أيضًا في مجلة Physical Review Letters.
بعد أسبوعين من منح جائزة نوبل في الفيزياء لثلاثة باحثين أمريكيين لاكتشافهم موجات الجاذبية، أعلن مرصد LIGO (مرصد موجات الجاذبية التداخلي بالليزر، الولايات المتحدة) وVirgo (مرصد مماثل في إيطاليا) عن اكتشافهما لأول مرة. موجات الجاذبية الزمنية الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين، وقد لوحظت هذه الظاهرة بمقاييس التداخل الليزرية التي تسجل موجات الجاذبية، وذلك باستخدام المراصد الفضائية (إنتجرال، فيرمي) والتلسكوبات الأرضية التي تسجل الإشعاع الكهرومغناطيسي. في المجمل، تمت ملاحظة هذه الظاهرة من قبل حوالي 70 مرصدًا أرضيًا وفضائيًا حول العالم، بما في ذلك شبكة MASTER من التلسكوبات الآلية (جامعة إم في لومونوسوف موسكو الحكومية).
"تم أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية الناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء بواسطة مرصد LIGO منذ حوالي عامين. تم فتح نافذة جديدة على الكون. يقول فاليري ميتروفانوف، الأستاذ في كلية الفيزياء بجامعة موسكو الحكومية: "إننا نرى بالفعل الفرص غير المسبوقة التي توفرها هذه القناة الجديدة للحصول على المعلومات جنبًا إلى جنب مع علم الفلك التقليدي للباحثين".
في 17 أغسطس، اكتشف كلا كاشفي LIGO إشارة جاذبية تسمى GW170817. لقد أدت المعلومات التي قدمها كاشف برج العذراء الثالث إلى تحسين توطين الحدث الكوني بشكل كبير. في نفس الوقت تقريبًا (حوالي ثانيتين بعد موجات الجاذبية)، اكتشف تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا ومختبر إنتيجرال الدولي للفيزياء الفلكية لأشعة جاما (INTEGRAL) انفجارات أشعة جاما. وفي الأيام التالية، تم تسجيل الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاقات أخرى، بما في ذلك الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو.
وأظهرت الإشارات الصادرة عن كاشفات LIGO أن موجات الجاذبية المكتشفة انبعثت من جسمين فيزيائيين فلكيين يدوران بالنسبة لبعضهما البعض ويقعان على مسافة قريبة نسبيا، حوالي 130 مليون سنة ضوئية، من الأرض. وتبين أن هذه الأجسام كانت أقل كتلة من الثقوب السوداء الثنائية التي اكتشفها مرصدا ليجو وفيرجو سابقًا. وتم حساب كتلتها بما يتراوح بين 1.1 و1.6 كتلة شمسية، وهو ما يقع ضمن النطاق الكتلي للنجوم النيوترونية، أصغر النجوم وأكثرها كثافة. يبلغ نصف قطرها النموذجي 10-20 كيلومترًا فقط.
وبعد تلقي الإحداثيات، تمكنت المراصد خلال ساعات قليلة من البدء في البحث في منطقة السماء التي يفترض أن الحدث وقع فيها. تم اكتشاف نقطة مضيئة جديدة تشبه المستعر بواسطة التلسكوبات البصرية. وفي النهاية، رصد حوالي 70 مرصدًا على الأرض وفي الفضاء الحدث في نطاقات مختلفة من الأطوال الموجية. وفي الأيام التي تلت الاصطدام، تم تسجيل الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاقات الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو.
"لأول مرة، وعلى النقيض من اندماج الثقوب السوداء "المنفردة"، تم تسجيل حدث "الشركة" ليس فقط عن طريق كاشفات الجاذبية، ولكن أيضًا عن طريق التلسكوبات البصرية والنيوترينو. قال أستاذ في كلية الفيزياء بجامعة موسكو الحكومية يحمل اسم M.V. "هذه هي أول رقصة مستديرة من الملاحظات حول حدث واحد". لومونوسوف سيرجي فياتشانين.
وتوقع المنظرون أن الاندماج سينتج كيلونوفا. هذه ظاهرة تتوهج فيها المواد المتبقية من اصطدام نجم نيوتروني بشكل مشرق ويتم إخراجها من منطقة الاصطدام بعيدًا إلى الفضاء. يؤدي هذا إلى إنشاء عمليات تنتج عناصر ثقيلة مثل الرصاص والذهب. توفر مراقبة الشفق الناتج عن اندماج نجم نيوتروني معلومات إضافية حول المراحل المختلفة للاندماج، وتفاعل الجسم الناتج مع بيئته، والعمليات التي تنتج أثقل العناصر في الكون.
"خلال عملية الاندماج، تم تسجيل تكوين العناصر الثقيلة. لذلك، يمكننا حتى التحدث عن مصنع المجرة لإنتاج العناصر الثقيلة، بما في ذلك الذهب، لأن هذا المعدن هو الذي يهم أبناء الأرض أكثر من أي شيء آخر. وأشار فياتشانين إلى أن العلماء بدأوا في اقتراح نماذج من شأنها أن تشرح المعلمات المرصودة لهذا الاندماج.
إسو/ل. كالسادا/م. كورنميسر
لأول مرة في التاريخ، سجل العلماء موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين - أجسام فائقة الكثافة بكتلة شمسنا وحجم موسكو. تمت ملاحظة انفجار أشعة جاما وانفجار الكيلونوفا اللاحقين من قبل حوالي 70 مرصدًا أرضيًا وفضائيًا - حيث تمكنوا من رؤية عملية تخليق العناصر الثقيلة التي تنبأ بها المنظرون، بما في ذلك الذهب والبلاتين، وتأكيد صحة الفرضيات حول طبيعة انفجارات أشعة غاما القصيرة والغامضة، حسبما ذكرت الخدمة الصحفية للتعاون بين LIGO/Virgo والمرصد الأوروبي الجنوبي ومرصد Los Cumbres. يمكن لنتائج المراقبة أن تلقي الضوء على الكون وفيه.
في صباح يوم 17 أغسطس 2017 (الساعة 8:41 صباحًا بتوقيت الساحل الشرقي، بينما كانت الساعة 3:41 مساءً بتوقيت موسكو)، اكتشفت الأنظمة الآلية الموجودة على أحد كاشفي موجات الجاذبية في مرصد LIGO وصول موجة جاذبية. موجة من الفضاء. تم تسمية الإشارة بـ GW170817، وهي المرة الخامسة التي يتم فيها اكتشاف موجات الجاذبية منذ اكتشافها لأول مرة في عام 2015. قبل ثلاثة أيام فقط، اكتشف مرصد LIGO لأول مرة موجة جاذبية مع مشروع Virgo الأوروبي.
ومع ذلك، هذه المرة، بعد ثانيتين فقط من حدث الجاذبية، سجل تلسكوب فيرمي الفضائي وميضًا من أشعة جاما في السماء الجنوبية. وفي نفس اللحظة تقريبًا، شاهد المرصد الفضائي الأوروبي الروسي INTEGRAL الوميض.
خلصت أنظمة تحليل البيانات الآلية في مرصد LIGO إلى أن تزامن هذين الحدثين أمر مستبعد للغاية. وأثناء البحث عن معلومات إضافية، تم اكتشاف أن كاشف LIGO الثاني شاهد أيضًا موجة الجاذبية، لكن لم يتم تسجيلها بواسطة مرصد العذراء الأوروبي للجاذبية. تم وضع علماء الفلك في جميع أنحاء العالم في حالة تأهب - حيث بدأت العديد من المراصد، بما في ذلك المرصد الأوروبي الجنوبي وتلسكوب هابل الفضائي، في البحث عن مصدر موجات الجاذبية وانفجار أشعة جاما.
تغير في سطوع ولون كيلونوفا بعد الانفجار
لم تكن المهمة سهلة - فقد أتاحت البيانات المجمعة من LIGO/Virgo وFermi وINTEGRAL تحديد مساحة تبلغ 35 درجة مربعة - وهي المساحة التقريبية لعدة مئات من الأقراص القمرية. وبعد 11 ساعة فقط، التقط تلسكوب Swope الصغير المزود بمرآة بطول متر والموجود في تشيلي أول صورة للمصدر المزعوم - بدا وكأنه نجم شديد السطوع بجوار المجرة الإهليلجية NGC 4993 في كوكبة هيدرا. خلال الأيام الخمسة التالية، انخفض سطوع المصدر بمقدار 20 مرة، وتحول اللون تدريجيًا من الأزرق إلى الأحمر. طوال هذا الوقت، تم ملاحظة الكائن من قبل العديد من التلسكوبات في النطاقات من الأشعة السينية إلى الأشعة تحت الحمراء، حتى سبتمبر / أيلول، كانت المجرة قريبة جدًا من الشمس وأصبحت غير قابلة للوصول للمراقبة.
وخلص العلماء إلى أن مصدر التوهج كان في المجرة NGC 4993 على مسافة حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض. وهذا قريب بشكل لا يصدق؛ فحتى الآن، تصل إلينا موجات الجاذبية من مسافات تبلغ مليارات السنين الضوئية. وبفضل هذا القرب، تمكنا من سماعهم. كان مصدر الموجة هو اندماج جسمين تتراوح كتلتهما من 1.1 إلى 1.6 كتلة شمسية - ولا يمكن أن يكونا سوى نجوم نيوترونية.
صورة لمصدر موجات الجاذبية NGC 4993، ويظهر وميض في المركز
فيلت/فيموس. في إل تي/موس، ميلا في الغالون/إيسو
"يبدو" الانفجار نفسه لفترة طويلة جدًا - حوالي 100 ثانية، وقد أدى اندماج الثقوب السوداء إلى إنتاج رشقات نارية تدوم جزءًا من الثانية. يدور زوج من النجوم النيوترونية حول مركز مشترك للكتلة، ويفقدان الطاقة تدريجيًا على شكل موجات جاذبية ويقتربان من بعضهما البعض. وعندما انخفضت المسافة بينهما إلى 300 كيلومتر، أصبحت موجات الجاذبية قوية بما يكفي لسقوطها في منطقة حساسية كاشفات الجاذبية LIGO/Virgo. عندما يندمج نجمان نيوترونيان في جسم واحد مدمج (نجم نيوتروني أو ثقب أسود)، يحدث انفجار قوي من إشعاع غاما.
يطلق علماء الفلك على انفجارات أشعة جاما هذه اسم انفجارات أشعة جاما القصيرة، وترصدها تلسكوبات أشعة جاما مرة واحدة تقريبًا في الأسبوع. إذا كانت طبيعة انفجارات أشعة جاما الطويلة أكثر وضوحًا (مصادرها هي انفجارات السوبرنوفا)، فلن يكون هناك إجماع على مصادر الانفجارات القصيرة. كانت هناك فرضية مفادها أنها تنشأ عن اندماج النجوم النيوترونية.
الآن تمكن العلماء من تأكيد هذه الفرضية لأول مرة، حيث بفضل موجات الجاذبية نعرف كتلة المكونات المندمجة، مما يثبت أن هذه نجوم نيوترونية.
"لعقود من الزمن كنا نشك في أن انفجارات أشعة جاما القصيرة تؤدي إلى اندماج النجوم النيوترونية. والآن، بفضل البيانات التي جمعها مرصد LIGO وVirgo حول هذا الحدث، أصبح لدينا الإجابة. تخبرنا موجات الجاذبية أن الأجسام المندمجة كانت لها كتل تتفق مع النجوم النيوترونية، ويخبرنا انفجار أشعة جاما أن هذه الأجسام من غير المرجح أن تكون ثقوبًا سوداء، لأن اصطدام الثقوب السوداء لا ينبغي أن ينتج إشعاعًا،" تقول جولي ماكنيري، عالم مشروع في مركز فيرمي للطيران الفضائي غودارد التابع لناسا.
بالإضافة إلى ذلك، ولأول مرة، تلقى علماء الفلك تأكيدًا لا لبس فيه على وجود توهجات الكيلونوفا (أو "ماكرون")، وهي أقوى بنحو 1000 مرة من توهجات المستعرات العادية. وتوقع المنظرون أن الكيلونوفا يمكن أن تنشأ من اندماج النجوم النيوترونية أو نجم نيوتروني وثقب أسود.
يؤدي هذا إلى إطلاق عملية تخليق العناصر الثقيلة، بناءً على التقاط النيوترونات بواسطة النوى (عملية r)، ونتيجة لذلك ظهرت العديد من العناصر الثقيلة مثل الذهب أو البلاتين أو اليورانيوم في الكون.
ووفقا للعلماء، فإن انفجار كيلونوفا واحد يمكن أن ينتج كمية هائلة من الذهب، تصل إلى عشرة أضعاف كتلة القمر. وحتى الآن، لم تتم ملاحظة هذا الحدث إلا مرة واحدة.
الآن، ولأول مرة، تمكن علماء الفلك من ملاحظة ليس فقط ولادة الكيلونوفا، ولكن أيضًا منتجات "عملها". وأظهرت الأطياف التي تم الحصول عليها باستخدام تلسكوبات هابل وVLT (التلسكوب الكبير جدًا) وجود السيزيوم والتيلوريوم والذهب والبلاتين وعناصر ثقيلة أخرى تشكلت أثناء اندماج النجوم النيوترونية.
"حتى الآن، البيانات التي حصلنا عليها تتفق بشكل ممتاز مع النظرية. "هذا انتصار للمنظرين، وتأكيد للواقع المطلق للأحداث التي سجلها مراصد LIGO وVirgo، وإنجاز رائع لـ ESO، الذي تمكن من الحصول على مثل هذه الملاحظات للكيلونوفا،" كما يقول ستيفانو كوفينو، المؤلف الأول لكتاب واحدة من الأوراق في علم الفلك الطبيعة.
ليس لدى العلماء حتى الآن إجابة لسؤال ما الذي يبقى بعد اندماج النجوم النيوترونية - يمكن أن يكون إما ثقبًا أسود أو نجمًا نيوترونيًا جديدًا، بالإضافة إلى ذلك، ليس من الواضح تمامًا سبب تحول انفجار أشعة جاما إلى تكون ضعيفة نسبيا.
موجات الجاذبية هي موجات من الاهتزازات في هندسة الزمكان، والتي تنبأت بوجودها النظرية النسبية العامة. ولأول مرة، تم الإبلاغ عن اكتشاف موثوق به من خلال تعاون LIGO في فبراير 2016، أي بعد 100 عام من تنبؤات أينشتاين. يمكنك قراءة المزيد عن ماهية موجات الجاذبية وكيف يمكن أن تساعد في استكشاف الكون في موادنا الخاصة - "" و"".
ألكسندر فويتيوك
أعلن العلماء اليوم، في مؤتمر صحفي بواشنطن، رسميا تسجيل حدث فلكي لم يسجله أحد من قبل، وهو اندماج نجمين نيوترونيين. وبناءً على نتائج الملاحظة، تم نشر أكثر من 30 مقالاً علمياً في خمس مجلات، لذلك لا يمكننا التحدث عن كل شيء دفعة واحدة. وفيما يلي ملخص وأهم الاكتشافات.
لاحظ علماء الفلك اندماج نجمين نيوترونيين وولادة ثقب أسود جديد.
النجوم النيوترونية هي أجسام تظهر نتيجة انفجارات النجوم الكبيرة والهائلة (أثقل من الشمس بعدة مرات). أحجامها صغيرة (عادة لا يزيد قطرها عن 20 كيلومترا)، ولكن كثافتها وكتلتها هائلة.
أدى اندماج نجمين نيوترونيين إلى خلق ثقب أسود على بعد 130 مليون سنة ضوئية من الأرض، وهو جسم أكثر ضخامة وكثافة من النجم النيوتروني. كان اندماج النجوم وتكوين الثقب الأسود مصحوبًا بإطلاق طاقة هائلة على شكل جاذبية وأشعة جاما وإشعاع بصري. تم تسجيل جميع أنواع الإشعاع الثلاثة بواسطة التلسكوبات الأرضية والمدارية. وتم تسجيل موجة الجاذبية بواسطة مراصد LIGO وVIRGO.
كانت موجة الجاذبية هذه أعلى موجة طاقة تم رصدها حتى الآن.
وصلت جميع أنواع الإشعاع إلى الأرض في 17 أغسطس. أولاً، سجلت مقاييس التداخل الليزرية الأرضية LIGO وVirgo الضغط والتمدد الدوري للزمكان - وهي موجة جاذبية دارت حول الكرة الأرضية عدة مرات. الحدث الذي ولّد موجة الجاذبية سُمي GRB170817A. وبعد بضع ثوان، اكتشف تلسكوب فيرمي لأشعة جاما التابع لناسا فوتونات عالية الطاقة في نطاق أشعة جاما.
وفي هذا اليوم نظرت التلسكوبات الكبيرة والصغيرة، الأرضية والمدارية، العاملة في جميع النطاقات، إلى نقطة واحدة في الفضاء.
وبناء على نتائج الملاحظات، قامت جامعة كاليفورنيا (بيركلي) بإجراء محاكاة حاسوبية لاندماج النجوم النيوترونية. كان كلا النجمين، على ما يبدو، أكبر قليلا من الشمس (ولكن في نفس الوقت أصغر بكثير في نصف القطر). كانت هاتان الكرتان ذات الكثافة المذهلة تدوران حول بعضهما البعض، وتتسارعان باستمرار. وإليك كيف سارت الأمور:
نتيجة اندماج النجوم النيوترونية، تم إطلاق ذرات العناصر الثقيلة - الذهب واليورانيوم والبلاتين - إلى الفضاء الخارجي؛ ويعتقد علماء الفلك أن مثل هذه الأحداث هي المصدر الرئيسي لهذه العناصر في الكون. "شاهدت" التلسكوبات البصرية في البداية الضوء الأزرق المرئي، ثم الأشعة فوق البنفسجية، التي أفسح المجال للضوء الأحمر والإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
يتطابق هذا التسلسل مع التوقعات النظرية. ووفقا للنظرية، عندما تصطدم النجوم النيوترونية، فإنها تفقد بعضا من مادتها، حيث يتم رشها حول موقع الاصطدام بسحابة ضخمة من النيوترونات والبروتونات. عندما يبدأ الثقب الأسود بالتشكل، يتشكل حوله قرص تراكمي، تدور فيه الجسيمات بسرعات هائلة، كبيرة جدًا لدرجة أن بعضها يتغلب على جاذبية الثقب الأسود ويطير بعيدًا.
وينتظر هذا المصير ما يقارب 2% من مادة النجوم المتصادمة. وتشكل هذه المادة سحابة حول الثقب الأسود يبلغ قطرها عشرات الآلاف من الكيلومترات وكثافة تعادل تقريبا كثافة الشمس. تلتصق البروتونات والنيوترونات التي تشكل هذه السحابة معًا لتشكل نوى ذرية. ثم يبدأ اضمحلال هذه النوى. لاحظ علماء الفلك على الأرض الإشعاع الصادر من النوى المتحللة لعدة أيام. وفي ملايين السنين منذ حدث GRB170817A، ملأ هذا الإشعاع المجرة بأكملها.
اليوم، وفي عدة مؤتمرات صحفية متزامنة، أعلن علماء من مراصد الجاذبية LIGO وVirgo، وكذلك من مؤسسات علمية أخرى حول العالم، أنهم في أغسطس من هذا العام تمكنوا لأول مرة من اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن الاندماج. من نجمين نيوترونيين. وقد لاحظ الفيزيائيون موجات الجاذبية أربع مرات من قبل، لكنها في جميع الحالات نشأت عن اندماج ثقبين أسودين، وليس نجمين نيوترونيين.
©ESO/L. كالسادا/م. كورنميسر
علاوة على ذلك، ولأول مرة في التاريخ أيضًا، تم ملاحظة حدث تسبب في موجات الجاذبية ليس فقط بواسطة كاشفات الجاذبية ومقاييس التداخل، ولكن أيضًا تم رصده بواسطة التلسكوبات الفضائية والأرضية في نطاقات مختلفة (الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء و مذياع). ولن يوفر هذا الاكتشاف الخطوة التالية في دراسة موجات الجاذبية والجاذبية فحسب، بل سيوفر أيضًا تقدمًا كبيرًا في دراسة النجوم النيوترونية. ويؤكد على وجه الخصوص فرضية تخليق العناصر الثقيلة أثناء اندماج النجوم النيوترونية وطبيعة انفجارات أشعة جاما. تم وصف هذا الاكتشاف في عدد من المقالات المنشورة في مجلة Nature وNature Astronomy وPhysical Review Letters وAstrophysical Journal Letters.
تتولد موجات الجاذبية عن أي جسم له كتلة ويتحرك بتسارع غير متساوٍ، لكن الموجات القوية بما يكفي التي يمكن اكتشافها باستخدام أجهزة من صنع الإنسان تتولد أثناء تفاعل الأجسام ذات الكتلة الكبيرة جدًا: الثقوب السوداء، مكونات النجوم المزدوجة، النيوترونات النجوم. تم اكتشاف الموجة الحالية، المسماة GW170817، بواسطة كل من الكاشفين في مرصد الجاذبية LIGO في الولايات المتحدة وكاشف Virgo في إيطاليا في 17 أغسطس من هذا العام.
إن وجود ثلاثة أجهزة كشف تقع في نقاط مختلفة على الأرض يسمح للعلماء بتحديد موقع مصدر الموجات تقريبًا. وبعد ثانيتين من تسجيل مراصد الجاذبية لموجة GW170817، لوحظ وميض أشعة جاما في المنطقة التي من المفترض أن يقع فيها مصدرها. تم ذلك بواسطة التلسكوبات الفضائية لأشعة جاما فيرمي (تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما) و INTEGRAL (المختبر الدولي للفيزياء الفلكية لأشعة جاما). وبعد ذلك بدأت العديد من المراصد الأرضية والفضائية بالبحث عن المصدر المحتمل لهذه الأحداث. كانت مساحة منطقة البحث، التي تم تحديدها من خلال بيانات مراصد الجاذبية وتلسكوبات أشعة جاما، كبيرة جدًا، حيث بلغت حوالي 35 درجة مربعة، ويمكن احتواء عدة مئات من الأقراص القمرية الكاملة في مثل هذا القسم من السماء، وعددها عدد النجوم الموجودة عليه عدة ملايين. لكنهم ما زالوا قادرين على العثور على مصدر موجة الجاذبية وانفجار أشعة جاما.
أول من فعل ذلك، بعد إحدى عشرة ساعة من انفجار أشعة جاما، كان التلسكوب العاكس Swope الذي يعمل في مرصد لاس كامباناس في تشيلي. بعد ذلك، قامت العديد من التلسكوبات الكبيرة على الفور بقطع برامج الرصد المعتمدة مسبقًا وتحولت إلى مراقبة المجرة الصغيرة NGC 4993 في كوكبة الهيدرا، على مسافة 40 فرسخًا فلكيًا من النظام الشمسي (حوالي 130 مليون سنة ضوئية). وتسبب هذا الحدث في أولى الشائعات حول الاكتشاف، لكن العلماء لم يؤكدوا أي شيء رسميًا حتى المؤتمرات الصحفية اليوم.
وبالفعل، فإن مصدر الموجات وأشعة جاما كان نجمًا يقع بالقرب من المجرة NGC 4993. وتم رصد هذا النجم لعدة أسابيع بواسطة تلسكوبي Pan-STARRS وSubaru في هاواي، والتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي (VLT ESO) )، وتلسكوب التكنولوجيا الجديدة (NTT)، وتلسكوب المسح VLT (VST)، وتلسكوب MPG/ESO بطول 2.2 متر، ومصفوفة تلسكوب ALMA (مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة / دون المليمترية) - في المجموع، شارك حوالي سبعين مرصدًا من جميع أنحاء العالم في الملاحظات، وكذلك تلسكوب هابل الفضائي. وقالت عالمة الفلك إيلينا بيان من المعهد الإيطالي للفيزياء الفلكية INAF في بيان صحفي للمرصد الأوروبي الجنوبي: "من النادر أن يشهد عالم بداية حقبة جديدة في العلوم". "هذه هي واحدة من تلك الحالات!" لم يكن لدى علماء الفلك سوى القليل من الوقت، حيث لم يكن من الممكن الوصول إلى المجرة NGC 4993 للمراقبة إلا في مساء شهر أغسطس، وفي سبتمبر ظهرت في السماء بالقرب من الشمس وأصبحت غير قابلة للرصد.
كان النجم المرصود في البداية شديد السطوع، ولكن خلال الأيام الخمسة الأولى من الرصد، انخفض سطوعه بمقدار عشرين مرة. يقع هذا النجم على نفس المسافة منا مثل المجرة NGC 4993 - 130 مليون سنة ضوئية. وهذا يعني أن موجة الجاذبية GW170817 نشأت على مسافة قريبة منا بشكل قياسي. وأظهرت الحسابات أن مصدر موجة الجاذبية كان اندماج أجسام كتلتها 1.1 إلى 1.6 كتلة شمسية، مما يعني أنها لا يمكن أن تكون ثقوبًا سوداء. لذلك أصبحت النجوم النيوترونية هي التفسير الوحيد الممكن.
صورة مركبة لـ NGC 4993
وكيلونوفا بناءً على بيانات من العديد من أدوات ESO
©ESO
يتبع توليد موجات الجاذبية بواسطة النجوم النيوترونية نفس السيناريو كما هو الحال أثناء اندماج الثقوب السوداء، فقط الموجات الناتجة عن النجوم النيوترونية هي الأضعف. أثناء دورانهما حول مركز ثقل مشترك في نظام ثنائي، يفقد النجمان النيوترونيان الطاقة عن طريق انبعاث موجات الجاذبية. ولذلك، فإنهما يقتربان من بعضهما تدريجيًا حتى يندمجا في نجم نيوتروني واحد (هناك احتمال أن يظهر ثقب أسود أيضًا أثناء الاندماج). يصاحب اندماج نجمين نيوترونيين توهج أكثر سطوعًا من المستعر العادي. يقترح علماء الفلك اسم كيلونوفا لذلك. وأثناء الاندماج يتحول جزء من كتلة النجمين إلى طاقة موجات الجاذبية، وهو ما لاحظه علماء الأرض هذه المرة.
وعلى الرغم من أنه تم التنبؤ بوجود نجوم كيلونوفا منذ أكثر من 30 عاما، إلا أن الحالة الحالية هي أول اكتشاف لمثل هذا النجم. وتتوافق خصائصه، التي تم تحديدها نتيجة للملاحظات، بشكل جيد مع التنبؤات التي تم إجراؤها مسبقًا. يؤدي اندماج نجمين نيوترونيين وانفجار كيلونوفا إلى إطلاق عناصر كيميائية ثقيلة مشعة، تطير بعيدًا بسرعة تعادل خمس سرعة الضوء. على مدار بضعة أيام - أسرع من أي انفجار نجمي آخر - يتغير لون الكيلونوفا من الأزرق الساطع إلى الأحمر. يقول ستيفن سمارت، الذي أجرى عمليات الرصد باستخدام تلسكوب ESO NTT: "عندما ظهر طيف الجسم على شاشاتنا، أدركت أن هذا كان أكثر ظاهرة عابرة غير عادية رأيتها على الإطلاق". - لم يسبق لي أن لاحظت شيئا من هذا القبيل. تظهر بياناتنا، بالإضافة إلى بيانات مجموعات بحثية أخرى، بوضوح أن هذا لم يكن مستعرًا أعظم أو نجمًا متغير الخلفية، ولكنه شيء غير عادي تمامًا.
يُظهر أطياف انبعاث النجم وجود السيزيوم والتيلوريوم، اللذين تم طردهما إلى الفضاء أثناء اندماج النجوم النيوترونية. أكدت هذه الملاحظة نظرية التخليق النووي r (عملية r، وهي عملية سريعة لالتقاط النيوترونات) التي صاغها سابقًا علماء الفيزياء الفلكية في أعماق الأجسام النجمية فائقة الكثافة. وتناثرت العناصر الكيميائية التي تكونت أثناء اندماج النجوم النيوترونية في الفضاء بعد انفجار الكيلونوفا.
تم تأكيد نظرية أخرى لعلماء الفلك، والتي بموجبها تحدث انفجارات أشعة جاما القصيرة أثناء اندماج النجوم النيوترونية. لقد تم التعبير عن هذه الفكرة لفترة طويلة، ولكن فقط الجمع بين البيانات من مراصد الجاذبية LIGO وVirgo مع ملاحظات علماء الفلك جعل من الممكن التحقق من صحتها أخيرًا.
"حتى الآن، البيانات التي حصلنا عليها تتفق بشكل ممتاز مع النظرية. ويعد هذا انتصارًا للمنظرين، وتأكيدًا للواقع المطلق للأحداث التي سجلها LIGO-VIRGO، وإنجازًا رائعًا لـ ESO، الذي تمكن من الحصول على مثل هذه الملاحظات للكيلونوفا. – يقول عالم الفلك ستيفانو كوفينو.