دانشمندان بالاخره به توضیحی برای پرانرژی‌ترین انفجارهای کیهانی رسیدند

درخشان‌ترین انفجارهای کیهان موسوم به انفجارهای پرتوی گاما (GRB)، می‌توانند حاصل مرگ ستاره‌های کهن و سال‌خورده و دوردست باشند.

انفجارهای پرتوی گاما (GRB) درخشان‌ترین و پرانرژی‌ترین انفجارهای جهان هستند. درخشش یک GRB می‌تواند به یک‌میلیون تریلیون برابر درخش خورشید برسد. دانشمندان هنوز به دلیل واقعی این انفجار پی نبرده‌اند.

دلیل این مسئله دوربودن بیش از اندازه‌ی GRBها از زمین است؛ به‌طوری‌که فاصله‌ی آن‌ها به چندمیلیارد سال نوری هم می‌رسد. گاهی کهکشان میزبان GRB به‌قدری دور است که گویی انفجار از میان تاریکی یا آسمان خالی می‌درخشد و چند ثانیه بعد ناپدید می‌شود. این انفجارهای پرتوی گاما معروف به انفجارهای آسمان خالی بیش از ۶۰ سال به‌صورت رازی کیهانی باقی مانده‌اند؛ اما حالا در پژوهشی جدید که در ۱۵ سپتامبر در مجله‌ی Nature منتشر شد، توضیح ریاضی جالبی برای این انفجارهای قدرتمند ارائه شده است.

براساس یافته‌های پژوهش یادشده که به مدل‌سازی واکنش بین پرتوهای گاما و دیگر منابع قدرتمند انرژی مثل پرتوهای کیهانی پرداخته است، تمام انفجارهای آسمان خالی می‌توانند نتیجه‌ی انفجارهای عظیم ستاره‌ای در دیسک‌های کهکشانی دوردست باشند. مت راث، مؤلف ارشد پژوهش و اخترفیزیک‌دان دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا می‌گوید:

ما به مدل‌سازی انتشار پرتوی گاما از تمام کهکشان‌های جهان پرداختیم و متوجه شدیم کهکشان‌هایی با ستاره‌های در حال تولد عامل اصلی انتشار بخش زیادی از پرتوهای گامای آسمان خالی هستند.

نقشه‌ای از آسمان در طیف گاما که با تلسکوپ فرمی ناسا ثبت شده است. GRBهای آسمان خالی در قسمت بالا و پایین مرکز نقشه ظاهر شده‌اند که مرکز کهکشان راه شیری را نشان می‌دهد.

انفجارهایی از گذشته

ستاره‌شناس‌ها دو توضیح برای راز پرتوی گامای آسمان خالی دارند. براساس یکی از توضیح‌ها، پرتوها زمانی ظاهر می‌شوند که گاز در سیاهچاله‌های کلان‌جرم مرکز کهکشان سقوط کند. در این سناریو با مکیده‌شدن ذرات گاز به‌وسیله‌ی سیاهچاله، بخش کوچکی از گازها فرار می‌کنند و به‌صورت جت‌های نسبیتی عظیم منتشر می‌شوند. تصور می‌شود این جت‌های قدرتمند عامل انفجارهای پرتوی گاما باشند.

توضیح دیگر به انفجارهای ستاره‌ای موسوم به ابرنواختر یا سوپرنوا اشاره می‌کند. وقتی سوخت هسته‌ای ستاره‌های عظیم به‌پایان می‌‌رسد، به‌شکل سوپرنوا منفجر می‌شوند. سوپرنواها می‌توانند ذراتی را با سرعت نزدیک به سرعت نور منتشر کنند. این ذرات به‌شدت پرانرژی که به پرتوهای کیهانی معروف‌اند، ممکن است با ذرات دیگر در کرانه‌ی گازی بین ستاره‌ها برخورد کنند و پرتوهای گاما را به‌وجود بیاورند.

پژوهشگرها در بررسی جدید خود بر توضیح دوم تمرکز کردند و به مدل‌سازی واکنش بین پرتوهای کیهانی و گاز میان‌ستاره‌ای در انواع کهکشان‌های مولد ستاره پرداختند. آن‌ها متوجه شدند سرعت پرتوهای گاما تحت‌تأثیر معیارهای مهمی ازجمله اندازه‌ی کهکشان و سرعت شکل‌گیری ستاره (که بر سرعت سوپرنوا تأثیر می‌گذارد) و انرژی اولیه‌ی پرتوهای کیهانی در هر سوپرنوا وابسته است.

پژوهشگرها پس از ساخت مدلی برای پیش‌بینی سرعت GRBها متناسب با اندازه‌ی کهکشان‌ها، مدل خود را با نقشه‌ی واقعی پرتوهای گاما مقایسه کردند که با تلسکوپ فضایی فرمی ناسا ثبت شده بود. آن‌ها متوجه شدند محاسباتشان منطبق با رصدها هستند و سوپرنواها در کهکشان‌های مولد ستاره می‌توانند توضیحی برای اغلب GRBهای آسمان خالی باشند. رات‌ می‌افزاید:

این کشف یکی از برهه‌های مهم کشف منشأ انتشار پرتوهای گاما و حل رازی است که ستاره‌شناسان از دهه‌ی ۱۹۶۰ به‌دنبال رمزگشایی از آن هستند.

سیاهچاله‌ها می‌توانند عامل برخی پرتوهای گاما باشند که به ماهواره‌ها برخورد می‌کنند؛ اما وقتی بحث GRBهای اسرارآمیز آسمان خالی مطرح می‌شود، ستاره‌های دوردست در حال انفجار در گوشه‌و‌کنار جهان برای توجیه این پدیده‌ها کافی هستند.