واشنطن العاصمة - منذ حوالي 130 مليون سنة ، اصطدمت النوى فائقة الكثافة لنجمين ميتين. كان أول دليل على الانهيار الكارثي موجات الجاذبية. وصلوا إلى الأرض في 17 أغسطس. عندما اندفع علماء الفلك إلى موطنهم من مصدرهم ، اكتشفوا كنزًا من الثروات. إنه يساعد في شرح ، من بين أمور أخرى ، مصدر المعادن الثمينة مثل الفضة والذهب والبلاتين.
الشرح:ما هي موجات الجاذبية؟
يمثل هذا الاصطدام أول رؤية مباشرة لتصادم بين نجمين نيوترونيين. أعلن الباحثون عن الحدث اليوم في مؤتمر صحفي في واشنطن العاصمة. النجوم النيوترونية هي بقايا نجوم عجوز ماتت في انفجار. جثث هذه النجوم كثيفة بشكل مذهل. ستحمل ملعقة صغيرة واحدة من هذه المواد الغنية بالنيوترونات كتلة تزن على الأرض حوالي مليار طن.
وشمل الحطام المتماوج الناتج في الوهج اللاحق للتصادم الذهب والفضة والبلاتين الذي تم إنشاؤه حديثًا. كان هناك أيضا القليل من العناصر الثقيلة الأخرى. ومن بين هؤلاء:اليورانيوم. حتى الآن ، كان مكان ولادة هذه العناصر غير معروف.
تقول آنا فريبيل:"إنها حقًا آخر قطعة مفقودة" من الجدول الدوري. عالمة فلك ، تعمل في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج. لم تشارك في البحث الجديد.
القصة تستمر أسفل الصورة.
شكلت الظروف القاسية الناتجة عن الاصطدام الجديد عناصر أثقل مما استضافته النجوم الأم. يقول فريبيل:"هذه هي الجنة لأي شخص يعمل في هذا المجال". وكان مصنع العناصر الجديد هذا فعالاً للغاية. على سبيل المثال ، حسب العلماء للتو أن الاصطدام أنتج ما يقرب من 10 إلى 100 ضعف كتلة الأرض من الذهب!
استغرق الأمر قرية علمية
لاستكشاف الحدث ، استخدم العلماء البيانات التي تم جمعها من حوالي 70 مرصدًا مختلفًا. نتج عن ما تعلموه من التأمل في هذه البيانات 20 ورقة بحثية جديدة على الأقل. تم إطلاق سراحهم جميعًا اليوم. وشملت بياناتهم هزة من موجات الجاذبية. رصده مرصد مقياس التداخل الليزري المتقدم لموجات الجاذبية ، أو LIGO ، قبل شهرين. كانت هذه أول علامة على الانهيار.
تمول مؤسسة العلوم الوطنية LIGO. تلاحظ فرانس كوردوفا ، مديرة NSF ، "بالفعل [LIGO] يغير فهمنا للكون." وتقول إنها تقدم "سردًا جديدًا لفيزياء النجوم في خضم موتها".
مثل الآلات الموسيقية التي تتناوب في سيمفونية ، تبع سلسلة من أنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء) تلك الموجة الجاذبية الأولى. بدأت بدفعة من أشعة جاما. ثم جاء توهج الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء. تم رصدها لأول مرة بعد حوالي 12 ساعة من موجات الجاذبية. بعد أكثر من أسبوع ، مع تلاشي تلك الأطوال الموجية ، تصاعدت الأشعة السينية. ثم تبعت موجات الراديو.
لطالما حلم علماء الفيزياء الفلكية بالقدرة على الجمع بين موجات الجاذبية والضوء لدراسة اندماج النجوم النيوترونية. يقول David Shoemaker:"الصورة التي يمكنك وضعها معًا من خلال امتلاك كل هذه المصادر هي صورة تآزرية". يعني ذلك أنه أكبر من مجموع الأجزاء. شوميكر ، في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، هو المتحدث الرسمي باسم LIGO.
بدأت بموجات الجاذبية
يتكون LIGO من كاشفين. أحدهما يجلس في ولاية واشنطن والآخر في لويزيانا. كلاهما سجل علامة لا لبس فيها على الاضطرابات. كان متلألئا من الفضاء نفسه. استمرت لمدة 100 ثانية قبل أن تقطع. كانت أقوى وأطول سلسلة من تموجات الزمكان التي شاهدها LIGO على الإطلاق.
تقول فيكي كالوجيرا إن العلماء أدركوا في الحال أن لديهم شيئًا كبيرًا. إنها عضوة في LIGO في جامعة نورث وسترن في إيفانستون ، إلينوي. وسرعان ما تم تداول رسائل البريد الإلكتروني قائلة "يا إلهي ، هذا هو".
كان هذا التموج في الزمكان مؤشرا على تحطم كوني. كما لو كان في جولة مرح مشؤومة ، كان نجمان نيوترونيان يدوران يدوران حول بعضهما البعض. لقد اقتربوا أكثر فأكثر. في النهاية ، اندمجوا. كان لكل نجم نيوتروني كتلة أكبر قليلاً من كتلة الشمس. ربما انهار الاقتران في ثقب أسود (على الرغم من أن علماء ليجو لا يمكن أن يكونوا متأكدين). اكتشف LIGO في السابق اندماجات لثقوب سوداء دوامة كتلتها عشرات المرات من كتلة الشمس. اقترحت الكتل الأصغر للثنائي المداري أن التحطم هذه المرة يشمل النجوم النيوترونية. ونظرًا لأنه من غير المتوقع أن تصدر الثقوب السوداء الضوء ، فقد أكدت الألعاب النارية التي تلت النجوم النيوترونية كمصدر.
كاشف موجات الجاذبية الشقيق ، برج العذراء ، موجود في إيطاليا. رأى فقط إشارة خافتة. ساعد ذلك في تضييق نطاق البحث عن علامات هذا الانهيار. يقول كالوجيرا إنه كان "جزءًا من السماء كان بقعة عمياء للعذراء". معرفة ذلك ساعد علماء الفلك في العثور على الموقع العام للحدث في السماء الجنوبية.
بعد ثانيتين فقط من إشارة موجة الجاذبية ، رصد تلسكوب فيرمي الفضائي التابع لناسا بصيصًا من أشعة جاما في نفس الجزء من السماء. سرعان ما تحولت التلسكوبات الأخرى إلى العمل. واحدًا تلو الآخر ، بدأوا في التقاط وهج حيث لم يكن هناك شيء.
يقول إيدو بيرغر:"لقد رأينا ما بدا وكأنه نجم جديد". إنه عالم فلك في جامعة هارفارد في كامبريدج ، ماساتشوستس. قاد فريقًا في أمريكا الجنوبية اكتشف الضوء باستخدام كاميرا على تلسكوب بلانكو في تشيلي. كان أحد الفرق العديدة التي راقبت ضوء الانفجار. هذا الاكتشاف حدد في أي مجرة وقع الاصطدام. كانت NGC 4993. يبدو أن الانهيار الفعلي قد حدث الآن على بعد 130 مليون سنة ضوئية من الأرض في كوكبة Hydra.
"كانت هناك لحظة الكفر هذه" بعد تجميع كل تلك البيانات معًا. ثم يتذكر بيرغر التفكير ، "واو ، لقد فعلنا ذلك بالفعل. وجدناها! "
مصنع العناصر الثمينة
كشف هذا الشفق أيضًا عن ولادة العناصر. عندما أدى الاصطدام إلى دفع مادة غنية بالنيوترونات إلى الفضاء ، تشكلت مجموعة متنوعة من العناصر الثقيلة من خلال سلسلة من التفاعلات النووية المعروفة باسم "عملية r". يتطلب بيئة مكتظة بالنيوترونات. عندما تكون الظروف مناسبة ، تلتهم النوى الذرية بسرعة النيوترونات ثم تخضع للاضمحلال الإشعاعي. هذا يحول العناصر القديمة إلى عناصر أحدث وأكبر ، قبل أن تستأنف احتفالها بالنيوترون. يُعتقد أن عملية r تنتج حوالي نصف جميع العناصر الأثقل من الحديد.
في ملاحظات المتابعة ، التقط علماء الفلك التوهج المميز لهذه العملية. يُعرف باسم كيلونوفا (KIL-uh-NO-vuh). حتى هذا الحدث ، لم نكن قد رأينا بشكل مباشر في أي مكان في الطبيعة هذه العناصر الثقيلة يتم تشكيلها. يقول بريان ميتزجر "لدينا الآن". إنه عالم فيزياء فلكية نظرية في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك. فجأة ، كما يقول ، يبدو أنك "اكتشفت نوعًا من أسرار الطبيعة".
اختلف علماء الفيزياء الفلكية حول مكان حدوث عملية r. كان اثنان من المرشحين الرئيسيين هما النجوم المتفجرة ، تسمى سوبرنوفا ، واندماجات النجوم النيوترونية. على الرغم من عدم تمكن العلماء حتى الآن من تحديد ما إذا كانت جميع عناصر العملية r تأتي من اصطدام النجوم النيوترونية ، فإن كمية العناصر الثقيلة التي يجب أن تنتجها مثل هذه التحطمات تبدو كبيرة بما يكفي لتفسير كميات هذه العناصر الثقيلة الموجودة في كوننا.
أسفر التصادم أيضًا عن شيء يُعرف باسم انفجار قصير لأشعة جاما. استمرت هذه الطفرة القصيرة من الضوء عالي الطاقة أقل من ثانيتين. تظهر مثل هذه الانفجارات في السماء حوالي 50 مرة في السنة. تقول روزالبا بيرنا إن فهم من أين أتوا كان "مشكلة طويلة الأمد في الفيزياء الفلكية". إنها عالمة الفيزياء الفلكية النظرية بجامعة ستوني بروك في نيويورك. لقد حسمت البيانات الجديدة ذلك الآن:انفجارات أشعة غاما القصيرة تأتي من اندماجات النجوم النيوترونية.
من خلال دراسة كيفية تصاعد النجوم النيوترونية إلى الداخل ، حصل علماء الفيزياء الفلكية أيضًا على فرصتهم الأولى لاختبار "ضبابية" مادة النجوم النيوترونية. لا يفهم العلماء تمامًا كيف تستجيب هذه المادة عند الضغط عليها. على الرغم من أن النتائج لم تستطع تحديد ما إذا كانت النجوم النيوترونية إسفنجية ، إلا أن بعض النظريات توقعت أنها يمكن أن تكون شديدة الحساسية. قاعدة البيانات الجديدة خارج ذلك.
أخيرًا ، سمح الاتحاد الجديد للنجوم النيوترونية للباحثين بقياس معدل تمدد الكون. فعلوا ذلك بقياس مسافة الاصطدام باستخدام موجات الجاذبية. ثم قارنوا ذلك بكمية تمدد الطول الموجي للضوء القادم من المجرة بسبب هذا التمدد.
قاس العلماء هذه الخاصية - المعروفة باسم ثابت هابل - من قبل. لكنهم استخدموا وسائل أخرى. وتلك القياسات اختلفت مع بعضها البعض. هذا حير العلماء. الآن ، العلماء لديهم "قياس مستقل تمامًا" ، كما يقول دانيال هولز. إنه عضو متعاون مع LIGO بجامعة شيكاغو في إلينوي. يشير القياس الجديد إلى أن المجرات المتباعدة تتباعد بسرعة حوالي 70 كيلومترًا (43.5 ميلًا) في الثانية لكل ميغا فرسك بينهم. (الميغابارسك هي مسافة في الفضاء تساوي 3.3 مليون سنة ضوئية). التقدير الجديد يقع بشكل مباشر بين التقديرين السابقين. ويمكن أن تساعد عمليات اندماج النجوم النيوترونية المستقبلية في تحسين القياس.
يقول هولز:"كل هذه مجرد تطورات كبيرة لا تصدق". "لقد كان حقا هذا التشويق المجنون!"
الإثارة لم تهدأ بعد. خذها من عالم الفلك رايان فولي من جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز. كان فريقه أول من اكتشف الضوء المرئي من الاندماج. ويقول:"هذا بالتأكيد أكبر اكتشاف في حياتي المهنية وربما يكون أكبر اكتشاف في حياتي كلها".
