كان إيان شيلتون وحده أمام تلسكوب في صحراء أتاكاما النائية في تشيلي. لقد أمضى ثلاث ساعات في التقاط صورة لسحابة ماجلان الكبيرة. هذه المجرة الضعيفة تدور حول مجرتنا ، درب التبانة. فجأة ، غرق شيلتون في الظلام. استحوذت الرياح العاتية على باب الأسطوانة في سقف المرصد ، وأغلقته.
يتذكر شيلتون:"ربما كان هذا يخبرني أنني يجب أن أسميها ليلة فقط". كان ذلك في 23 فبراير 1987. وفي ذلك المساء ، كان شيلتون مشغل التلسكوب في مرصد لاس كامباناس.
لقد أمسك بلوح زجاجي مقاس 8 × 10 بوصات من كاميرا التلسكوب. لقد التقطت صورة لسماء الليل. لكنها كانت سلبية فقط. لذا توجه شيلتون إلى الغرفة المظلمة. (في ذلك الوقت ، كان لابد من تطوير الصور يدويًا من السلبيات بدلاً من الظهور فورًا على الشاشة.) كإجراء فحص سريع للجودة ، قارن عالم الفلك الصورة التي تم تطويرها للتو مع الصورة التي التقطها في الليلة السابقة.
ولفت نجم واحد عينه. لم يكن هناك الليلة الماضية. كان يعتقد أن "هذا أفضل من أن يكون صحيحًا". ولكن للتأكد ، صعد إلى الخارج ونظر لأعلى. وها هي نقطة ضوء خافتة لم يكن من المفترض أن تكون هناك.
سار في الطريق إلى تلسكوب آخر. هناك ، سأل علماء الفلك عما يمكنهم قوله عن جسم لامع يظهر في سحابة ماجلان الكبيرة ، خارج مجرة درب التبانة.
سوبر نوفا! كان ردهم. ركض شيلتون إلى الخارج مع الآخرين للتحقق من ذلك بأعينهم. في المجموعة كان أوسكار دوهالدي. لقد رأى نفس الشيء في وقت سابق من ذلك المساء.
كانوا يشهدون انفجار نجم. كان هذا المستعر الأعظم هو الأقرب إلى ما يقرب من أربعة قرون. وكان ساطعًا بدرجة كافية لمشاهدته بدون تلسكوب.
يتذكر جورج سونبورن:"اعتقد الناس أنهم لن يروا هذا أبدًا في حياتهم". وهو عالم فيزياء فلكية في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند (ناسا اختصار للإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.)
مع وجود ما يقرب من 2 تريليون مجرة في الكون المرئي ، هناك دائمًا نجم ينفجر في مكان ما. لكن من النادر حدوث سوبرنوفا قريب بما يكفي لرؤيته بالعين المجردة. يقدر علماء الفلك أنه في مجرة درب التبانة ، ينفجر المستعر الأعظم كل 30 إلى 50 عامًا. ولكن حتى ذلك الوقت ، كان آخرها في عام 1604. على مسافة حوالي 166000 سنة ضوئية ، كان الجديد هو الأقرب منذ عصر جاليليو. يطلق عليه علماء الفلك اسم SN (للمستعر الأعظم) 1987A (مشيرًا إلى أنه كان الأول من ذلك العام).
يشير آدم بوروز إلى أن السوبرنوفا "عوامل مهمة للتغيير في الكون". وهو عالم فيزياء فلكية بجامعة برينستون بنيوجيرسي. تنتهي معظم النجوم ذات الوزن الثقيل حياتها على شكل سوبر نوفا.
قد تؤدي هذه الأحداث المتفجرة أيضًا إلى ولادة أحداث جديدة. يمكن لمثل هذه الكوارث أن تغير مصير مجرات بأكملها عن طريق تحريك الغاز اللازم لبناء المزيد من النجوم. معظم العناصر الكيميائية الأثقل من الحديد ، وربما جميعها ، تتشكل في فوضى مثل هذه الانفجارات. يتم إنشاء العناصر الأخف على مدار عمر النجم ثم تنفث في الفضاء لبذر جيل جديد من النجوم والكواكب - والحياة. يوضح بوروز:"الكالسيوم في عظامك ، والأكسجين الذي تتنفسه ، والحديد في الهيموجلوبين".
بعد ثلاثين عامًا من اكتشافه ، لا يزال المستعر الأعظم 1987A من المشاهير. كان أول مستعر أعظم يمكن التعرف على النجم الأصلي من أجله. وأطلق أول نيوترينوات - نوع من الجسيمات أصغر من الذرة - تم اكتشافها من خارج النظام الشمسي. أكدت هذه الجسيمات دون الذرية نظريات عمرها عقود حول ما يحدث في قلب نجم متفجر.
اليوم ، تستمر كتابة قصة المستعر الأعظم. ترسم المراصد الجديدة مزيدًا من التفاصيل حيث تستمر موجات الصدمة الناتجة عن الانفجار في اختراق الغاز بين النجوم.
يشير روبرت كيرشنر إلى أن SN 1987A خافت "بمعامل 10 ملايين". "ولكن لا يزال بإمكاننا دراستها." عالم الفيزياء الفلكية كيرشنر يعمل في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس. في الواقع ، يلاحظ اليوم "يمكننا دراسته بشكل أفضل وعلى نطاق أوسع من الضوء مما كنا نستطيع في عام 1987."
القصة تستمر أسفل الفيديو
مغامرة يومية
كان الاتصال أبطأ قليلاً عندما انفجر 1987A. فشلت محاولات شيلتون في استدعاء الاتحاد الفلكي الدولي ، أو IAU ، في كامبريدج ، ماساتشوستس. لذلك انطلق سائق إلى لاسيرينا ، وهي بلدة تبعد حوالي 100 كيلومتر (62 ميلاً). من هناك تم إرسال برقية لمشاركة الأخبار غير المتوقعة مع IAU. (قبل الإنترنت ، كانت البرقيات هي الطريقة التي يرسل بها الأشخاص الرسائل المكتوبة بسرعة لمسافات طويلة.)
في البداية كان هناك متشككون. يقول ستان ووسلي:"اعتقدت أن هذه مزحة". وهو عالم فيزياء فلكية بجامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز. ولكن مع انتشار الخبر عبر البرقية والهاتف ، سرعان ما اتضح أن هذه ليست مزحة. أفاد عالم الفلك الهواة ألبرت جونز في نيوزيلندا أنه رأى المستعر الأعظم في نفس الليلة - حتى تحركت السحب. بعد حوالي 14 ساعة من الاكتشاف ، كان القمر الصناعي الدولي لاستكشاف الأشعة فوق البنفسجية التابع لناسا يشاهده. سارع علماء الفلك حول العالم إلى إعادة توجيه التلسكوبات على الأرض وفي الفضاء.
القصة تستمر أسفل شريط التمرير. حرك شريط التمرير لمقارنة الصور.
Telegram تعلن عن 1987A
أرسل إيان شيلتون برقية أعلن فيها اكتشاف SN 1987A ، وهو مستعر أعظم يمكن رؤيته هنا بعد الانفجار (على اليمين) ولكن ليس قبله (على اليسار). الصور:ESO
يتذكر ووسلي:"لقد تحمس العالم كله". "لقد كانت مغامرة يومية. كان هناك دائمًا شيء قادم ". في البداية ، اشتبه علماء الفلك في أن 1987A كانت من النوع 1a مستعر أعظم . ينتج هذا عن انفجار نواة نجمية - والتي تُركت بعد أن يقوم نجم مثل الشمس بإلقاء الغاز بهدوء في نهاية حياته. ولكن سرعان ما اتضح أن 1987A كانت من النوع 2 مستعر أعظم . كان انفجار نجم أثقل عدة مرات من شمسنا.
أظهرت الملاحظات التي تم التقاطها في اليوم التالي في تشيلي وجنوب إفريقيا أن غاز الهيدروجين يندفع بعيدًا عن الانفجار بسرعة 30 ألف كيلومتر (19 ألف ميل) في الثانية. هذا يعادل عُشر سرعة الضوء. بعد الوميض الأولي ، تلاشى المستعر الأعظم لمدة أسبوع تقريبًا ثم استأنف السطوع لمدة 100 يوم تقريبًا. في النهاية بلغ الحد الأقصى من السطوع مع ضوء ما يقرب من 250 مليون شمس!
المسار الصحيح
منذ اكتشافها لأول مرة ، قدمت SN 1987A العديد من المفاجآت. لكنه لم يؤد إلى تحول جوهري في طريقة تفكير علماء الفلك بشأن هذه الانفجارات ، كما يقول ديفيد أرنيت. وهو عالم فيزياء فلكية بجامعة أريزونا في توكسون. الفكرة العامة هي أن المستعر الأعظم من النوع 2 ينفجر عندما ينفد وقود نجم ثقيل الوزن ولا يمكنه تحمل وزنه. كان هذا مشكوك فيه لعقود. تم تأكيده إلى حد كبير بحلول عام 1987 م.
النجوم تعيش في توازن دقيق بين الجاذبية وضغط الغاز. الجاذبية تريد سحق نجم. درجات الحرارة المرتفعة والكثافة الشديدة في مركز النجم تسمح لنوى ذرات الهيدروجين بالتصادم معًا. هذا ينتج الهيليوم ويحرر الكثير من الطاقة. هذه الطاقة تضخ الضغط وتحافظ على الجاذبية تحت السيطرة.
بمجرد نفاد الهيدروجين في لب النجم ، يبدأ في دمج الهيليوم في ذرات الكربون والأكسجين والنيتروجين. وبالنسبة للنجوم مثل الشمس ، فهذا هو أبعد ما يصلون إليه.
ولكن إذا كان النجم أكبر بنحو ثمانية أضعاف من كتلة شمسنا ، فيمكنه الاستمرار في تكوين عناصر أثقل. كل هذا الوزن على القلب يجعل الضغط ودرجة الحرارة مرتفعة للغاية. يشكل النجم عناصر أثقل وأثقل حتى يتكون الحديد. الحديد ليس وقودًا ممتازًا. صهرها مع ذرات أخرى لا يطلق الطاقة. في الواقع ، يستنزف الحديد الطاقة من محيطه.
بدون مصدر طاقة لمحاربة الجاذبية ، ينهار الجزء الأكبر من النجم الآن على قلبه. ينهار هذا اللب على نفسه حتى يصبح كرة من النيوترونات. يمكن لهذه الكرة البقاء على قيد الحياة كنجم نيوتروني - كرة ساخنة الآن بحجم مدينة فقط. ولكن إذا تساقطت كمية كافية من الغاز من النجم المحتضر على اللب ، فإن النجم النيوتروني يخسر معركته مع الجاذبية. ما النتائج هو ثقب أسود .
قبل أن يحدث ذلك ، فإن الاندفاع الأولي للغاز من بقية النجم يصطدم بالنواة ثم يرتد للخارج. هذا يرسل موجة صدمة مرة أخرى نحو السطح ، مما يؤدي إلى تمزيق النجم. يمكن للانفجار اللاحق تشكيل عناصر أثقل من الحديد. ربما تكون أكثر من نصف الجدول الدوري للعناصر قد تشكلت بواسطة المستعرات الأعظمية.
العناصر التي تم تشكيلها حديثًا ليست الأشياء الوحيدة التي يبصقها المستعر الأعظم. النيوترينوات أيضًا. بالكاد تتفاعل هذه الجسيمات دون الذرية عديمة الكتلة مع المادة.
المنظرون توقعت أنه يجب إطلاق النيوترينوات أثناء انهيار نواة النجم - وبكميات هائلة. على الرغم من طبيعتها الشبحية ، يُشتبه في أن النيوترينوات هي القوة الدافعة الرئيسية وراء المستعر الأعظم. يُعتقد أنهم يضخون الطاقة في تطور موجة الصدمة. الكثير من الطاقة. قد تمثل ، في الواقع ، 99 في المائة من الطاقة المنبعثة في مثل هذا الانفجار.
يمكن للنيوترينوات أن تمر عبر الجزء الأكبر من النجم دون عوائق. هذا يعني أنه يمكنهم الحصول على السبق من النجم ، والوصول في النهاية إلى الأرض قبل انفجار الضوء.
كان تأكيد هذا التوقع أحد النجاحات الكبيرة منذ عام 1987 م. سجلت ثلاثة كواشف للنيوترينو في قارات مختلفة ارتفاعًا متزامنًا تقريبًا في النيوترينوات قبل ثلاث ساعات تقريبًا من تسجيل شيلتون وميض الضوء. أحصى كاشف في اليابان 12 نيوترينوات. اكتشف آخر في ولاية أوهايو ثمانية. اكتشفت منشأة في روسيا خمسة آخرين. إجمالاً ، ظهر 25 نيوترينوًا. هذا يعتبر طوفانًا في علم النيوترينو.
"كان هذا ضخمًا" ، يوافق شون كوش. وهو عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية ميتشيغان في إيست لانسينغ. "أخبرنا ذلك بما لا يدع مجالاً للشك أن نجمًا نيوترونيًا قد شكل نيوترينوات وأشعها".
بينما كانت النيوترينوات متوقعة ، لم يكن نوع النجم الذي "ذهب سوبرنوفا" كذلك. قبل عام 1987 م ، اعتقد علماء الفلك أن النجوم الحمراء المنتفخة والمعروفة باسم النجوم العملاقة الحمراء هي وحدها التي ستنهي حياتها في مستعر أعظم. هذه نجوم عملاقة. أحد الأمثلة القريبة:النجم الساطع منكب الجوزاء في كوكبة الجبار. إنه على الأقل بعرض مدار كوكب المريخ. لكن النجم الذي انفجر عام 1987A كان عملاقًا أزرقًا عملاقًا. المعروف باسم Sanduleak -69 ° 202 ، كان أكثر سخونة وأكثر إحكاما من العملاق الأحمر. من الواضح أن 1987A لم تتناسب مع القالب.
يقول كيرشنر:"علمتنا SN 1987A أننا لا نعرف كل شيء".
عقد من اللؤلؤ
ظهرت المزيد من المفاجآت بعد إطلاق تلسكوب هابل الفضائي بعد ثلاث سنوات. كانت صوره المبكرة غامضة. كان السبب الآن عيبًا سيئ السمعة في المرآة الرئيسية للتلسكوب. بمجرد تثبيت البصريات التصحيحية في عام 1993 ، تم التركيز على تفاصيل غير متوقعة للانفجار المتلاشي.
يقول شيلتون ، الذي يعمل الآن مدرسًا في منطقة تورونتو بكندا:"كانت تلك الصور الأولى من هابل مدهشة للغاية". يمكن رؤية حلقة رقيقة من الغاز المتوهج بشكل خافت في الصور السابقة من الأرض. الآن ، طوّقت الموقع مثل Hula-Hoop. فوق وتحت تلك الحلقة كانت هناك حلقتان أضعف. شكل هذا الثلاثي شكل الساعة الرملية.
يقول ريتشارد ماكراي:"لم يُظهر أي مستعر أعظم آخر هذا النوع من الظاهرة". وهو عالم فيزياء فلكية بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي. وأشار إلى أن السبب ليس لأنه لم يحدث. لا ، ذلك لأن المستعرات الأعظمية الأخرى كانت بعيدة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها جيدًا.
امتدت الحلقة المركزية على امتداد 1.3 سنة ضوئية وكانت تتوسع بنحو 37000 كيلومتر (23000 ميل) في الساعة. يشير حجم الحلقة ومدى سرعة نموها إلى أن النجم ألقى كثيرًا من الغاز في الفضاء حوالي 20000 عام قبل انفجرت. هذا يمكن أن يفسر لماذا كان Sanduleak -69202 عملاق أزرق عندما انفجر. قد يكون نوع من الاندفاع المبكر قد أدى إلى خفض النجم لأسفل لفضح الطبقات الأكثر سخونة - وبالتالي الأكثر زرقة -.
تتمثل إحدى الأفكار الرئيسية لكيفية تشكل الحلقات في أن هذا النجم قد يكون من نسل اثنتين كانتا ذات يوم محبوسة في مدار حول بعضها البعض. في نهاية المطاف ، تصاعد هذا الزوج النجمي في بعضهما البعض. أثناء اندماجهم ، ربما تم طرد بعض الغازات الزائدة ، لتشكيل حلقة تتماشى مع المدار الأصلي. قد تكون غازات أخرى قد توجهت في العمودي اتجاه. قد يؤدي الدوران السريع لنجم واحد أو المجالات المغناطيسية القوية أيضًا إلى توجيه الغاز من الانفجار إلى حلقة حول النجم.
أصبحت الحلقة الأساسية أكثر إثارة للاهتمام بمرور الوقت. في عام 1994 ، ظهرت نقطة مضيئة على الحلبة. بعد بضع سنوات ، ظهرت ثلاث نقاط أخرى. بحلول يناير 2003 ، أضاءت الحلقة بأكملها بـ 30 نقطة ساخنة. كان الجميع يبتعدون عن مركز الانفجار. يقول كيرشنر:"كان مثل عقد من اللؤلؤ ، إنه شيء جميل حقًا." اشتعلت موجة الصدمة من المستعر الأعظم بالحلقة وبدأت في تسخين كتل من الغاز.
القصة تستمر أسفل الصورة.
الآن ، النقاط الساخنة تتلاشى مع ظهور مناطق جديدة خارج الحلبة. بالنظر إلى سرعة تضاؤل البقع ، من المحتمل أن تتفكك الحلقة في وقت ما في العقد المقبل. ويختتم كيرشنر قائلاً:"بطريقة ما ، هذه هي نهاية البداية".
النجم النيوتروني المراوغ
أحد الألغاز الدائمة لعام 1987A هو ما أصبح للنجم النيوتروني الذي تشكل في قلب الانفجار. يقول كيرشنر:"إنه مشهد صاخب". "يعتقد الجميع أن إشارة النيوترينو تعني أن نجمًا نيوترونيًا قد تشكل." ولكن لا يوجد حتى الآن أي دليل على ذلك ، على الرغم من ثلاثة عقود من البحث باستخدام العديد من أنواع التلسكوبات المختلفة.
يعترف بوروز:"إنه أمر محرج بعض الشيء". لم يتمكن علماء الفلك من العثور على وخزه من الضوء من الجرم السماوي المتوهج في منتصف الحطام. لا يوجد نبض ثابت من النجم النابض. هذا نجم نيوتروني سريع الدوران ، يكتسح أشعة الإشعاع مثل منارة كونية. ولا يوجد أي تلميح للحرارة التي تشعها سحب الغبار المعرضة للضوء القاسي لنجم نيوتروني مخفي. يقول بوروز إن العثور على هذا النجم النيوتروني "هو أحد الأشياء الأكثر أهمية لإغلاق الفصل بشأن 87 أ". "نحن بحاجة إلى معرفة ما تبقى".
يقول الباحثون إن النجم النيوتروني ربما يكون هناك. اليوم ، ومع ذلك ، قد يكون أضعف من أن نرى. أو ربما لم يدم طويلا. إذا تساقطت المزيد من المواد بعد الانفجار ، فقد يكون النجم النيوتروني قد اكتسب وزنًا كبيرًا. ثم ربما انهار تحت جاذبيته ليشكل ثقبًا أسود. في الوقت الحالي ، لا توجد طريقة لمعرفة ذلك.
ستعتمد الإجابات على هذا اللغز وغيره على التلسكوبات الجديدة والمستقبلية. مع تقدم التكنولوجيا ، استمرت المرافق الجديدة في تقديم مظهر جديد لبقايا 1987A. تجمع الآن مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / الفرعية في تشيلي ، أو ALMA ، قوة 66 طبقًا للتلسكوب اللاسلكي. في عام 2012 ، استخدمت 20 هوائيًا للنظر في قلب حطام الانفجار. ALMA حساس لـ الموجات الكهرومغناطيسية يمكنها اختراق سحب الحطام المحيط بموقع المستعر الأعظم. يقول ماكراي:"هذا يعطينا نظرة على شجاعة الانفجار".
أفاد باحثون في عام 2014 أن هذه الأحشاء تكمن في حبيبات صلبة من المواد الكيميائية القائمة على الكربون والسيليكون. ربما تكونت في أعقاب المستعر الأعظم. . يعتقد علماء الفلك أن حبيبات الغبار هذه مكونات مهمة لصنع الكواكب. يبدو أن المستعر الأعظم 1987A ينتج الكثير من هذا الغبار. يشير ذلك إلى أن الانفجارات النجمية تلعب دورًا حاسمًا في إمداد الكون بمواد بناء الكواكب. لا يزال من غير المعروف ما إذا كان هذا الغبار ينجو من موجات الصدمة التي لا تزال ترتد حول بقايا المستعر الأعظم.
من الأرض ، يمكن أن يبدو الكون لا يتغير. ولكن على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، أظهر لنا عام 1987 أ تغيرًا كونيًا على مقياس زمني للإنسان. نجم دمر. تشكلت عناصر جديدة. وتم تغيير ركن صغير من الكون إلى الأبد. باعتباره أقرب مستعر أعظم منذ 383 عامًا ، أعطى 1987A للناس لمحة عن أحد أهم وأقوى محركات التطور في الكون.
يقول شيلتون:"لقد كان وقتًا طويلاً". "هذا المستعر الأعظم بالذات ... يستحق كل الجوائز التي حصل عليها." ويضيف أنه على الرغم من أن عام 1987A كان قريبًا ، إلا أنه لا يزال خارج مجرة درب التبانة. هو وآخرون ينتظرون أن ينفجر أحدهم داخل مجرتنا. "لقد فاتنا موعدًا رائعًا هنا".
