کشف انفجار کیهانی رکوردشکن با فعالیت ۲۷ روزه

مقدمه

در هفتم ژوئیه ۲۰۲۲، ماهواره‌های رصدی انفجاری را در آسمان ثبت کردند که در نوع خود بی‌سابقه بود. این انفجار که GRB 220706A نام گرفت، یک انفجار پرتو گاما (Gamma-Ray Burst یا GRB) است، اما برخلاف نمونه‌های معمول، فعالیت آن در پرتو ایکس به مدت ۲۷ روز ادامه یافت. این مدت در مقایسه با رکورد قبلی که حدود ۶ روز بود، بسیار چشمگیر است و ستاره‌شناسان را با پرسش‌های بنیادینی درباره ماهیت موتور مرکزی این انفجارها روبه‌رو کرده است.

انفجارهای پرتو گاما چیستند؟

انفجارهای پرتو گاما درخشان‌ترین انفجارهای کیهانی پس از مه‌بانگ هستند. این انفجارها در بازه‌های زمانی کوتاه از چند میلی‌ثانیه تا چند دقیقه رخ می‌دهند و پرتوهای گامای بسیار پرانرژی آزاد می‌کنند. دو دسته اصلی وجود دارد: انفجارهای کوتاه که گمان می‌رود از برخورد دو ستاره نوترونی (neutron star) ناشی می‌شوند، و انفجارهای بلند که با فروپاشی هسته ستارگان بسیار پرجرم و تبدیل آن‌ها به سیاه‌چاله همراه هستند. در این فرایند، یک ابرنواختر (supernova) نیز رخ می‌دهد و جت‌هایی از مواد با سرعت نزدیک به نور به بیرون پرتاب می‌شوند.

کشف رکوردشکن

GRB 220706A از دسته انفجارهای فوق‌بلند (ultra-long GRB) است. در این نوع نادر، موتور مرکزی برای مدت طولانی‌تری فعال می‌ماند. بر اساس مشاهدات، این انفجار در ابتدا با یک انفجار پرتو گامای معمولی آغاز شد، اما سپس در پرتو ایکس (X-ray) به مدت ۲۷ روز دچار شعله‌ور شدن‌های مکرر شد. این پدیده در چارچوب فعلی غیرعادی است، زیرا معمولاً چنین فعالیت‌های پرتو ایکسی تنها در چند روز اول پس از انفجار دیده می‌شوند. تیم تحقیقاتی به سرپرستی بنجامین گامپرتز از دانشگاه بیرمنگام انگلستان، این کشف را در مقاله‌ای پیش‌چاپ در arXiv منتشر کرده است.

موتور مرکزی چیست و چرا مهم است؟

موتور مرکزی منبع انرژی است که جت انفجار را تغذیه می‌کند. در انفجارهای بلند معمولی، این موتور یک سیاه‌چاله تازه‌متولدشده است که مواد اطراف را می‌بلعد و انرژی آزاد می‌کند. اما فعالیت طولانی‌مدت ۲۷ روزه نشان می‌دهد که منبع انرژی نمی‌تواند یک سیاه‌چاله معمولی باشد، زیرا این اجرام پس از چند روز فعالیت خود را از دست می‌دهند. بنابراین، موتور مرکزی این انفجار باید چیزی متفاوت باشد. یکی از گزینه‌های مطرح‌شده، مگنتار (magnetar) است؛ نوعی ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی فوق‌العاده قوی که با سرعت حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه می‌چرخد. چنین جرمی می‌تواند انرژی لازم برای فعال نگه‌داشتن جت به مدت یک ماه را فراهم کند.

توضیحات ممکن

تیم تحقیقاتی چندین فرضیه را برای توضیح این رفتار غیرعادی بررسی کرده است. اولین فرضیه، وجود یک مگنتار است. شواهد نشان می‌دهد که ابرنواختر همراه این انفجار بسیار درخشان بوده و شباهت زیادی به ابرنواختر همراه GRB 111209A دارد که در سال ۲۰۱۱ کشف شد و به یک مگنتار نسبت داده شد. فرضیه دوم، برخورد جت انفجار با پوسته‌های متراکم موادی است که در مراحل پایانی عمر ستاره مادر به بیرون پرتاب شده‌اند. این برخورد می‌تواند انرژی اضافی تولید کند و فعالیت طولانی‌مدت را توضیح دهد.

فرضیه سوم، اندازه ستاره مادر است. برای تأمین انرژی مورد نیاز GRB 220706A، ستاره باید بسیار بزرگ‌تر از ستارگان معمولی باشد. محاسبات نشان می‌دهد که شعاع چنین ستاره‌ای باید حدود ۱۰۰۰ برابر شعاع خورشید باشد؛ یعنی از رده ستارگان ابرغول آبی (blue supergiant) باشد. ستارگان پرجرم‌تر زمان بیشتری برای فروپاشی نیاز دارند و بنابراین می‌توانند منبع انرژی طولانی‌تری فراهم کنند. با این حال، حتی فروپاشی ستارگان ولف-رایه (Wolf-Rayet) که معمولاً انفجارهای پرتو گاما را ایجاد می‌کنند، نمی‌تواند این مدت طولانی را توضیح دهد.

چالش‌های شناسایی و آینده

شناسایی انفجارهای فوق‌بلند دشوار است. بیشتر ماهواره‌های رصدی در مدار پایین زمین قرار دارند و هر ۹۰ دقیقه یک بار هدف را از دست می‌دهند. این برای انفجارهای معمولی ۱۰ تا ۱۰۰ ثانیه‌ای مشکلی ایجاد نمی‌کند، اما ردیابی رویدادهای طولانی‌مدت را دشوار می‌سازد. علاوه بر این، انفجارهای طولانی‌مدت بیشتر در پرتو ایکس فعال هستند تا پرتو گاما. بنابراین، مأموریت‌های جدید مانند ماهواره اینشتین (Einstein Probe) که حساسیت بالایی در پرتو ایکس دارند، می‌توانند در کشف نمونه‌های بیشتر از این انفجارها مؤثر باشند.

نتیجه‌گیری

کشف GRB 220706A نشان می‌دهد که درک ما از انفجارهای پرتو گاما هنوز کامل نیست. این رویداد رکوردشکن، مدل‌های فعلی درباره موتورهای مرکزی و مدت فعالیت آن‌ها را به چالش می‌کشد. پرسش اصلی این است که آیا این انفجار نماینده یک کلاس جدید از انفجارها است یا صرفاً نسخه‌ای افراطی از انفجارهای شناخته‌شده. پاسخ به این پرسش نیازمند مشاهدات بیشتر و توسعه مدل‌های نظری است که بتوانند منبع انرژی پایدار برای مدت یک ماه را توضیح دهند. بدون شک، نسل جدید تلسکوپ‌ها و ماهواره‌ها در سال‌های آینده پرده از راز این انفجارهای شگفت‌انگیز برخواهند داشت.