عندما تصل النجوم إلى نهاية دورة حياتها ، سينفجر الكثيرون من طبقاتهم الخارجية في عملية متفجرة تعرف باسم المستعر الأعظم. في حين أن الفلكيين تعلموا الكثير عن هذه الظواهر ، وذلك بفضل الأدوات المتطورة القادرة على دراستها بأطوال موجية متعددة ، لا يزال هناك الكثير الذي لا نعرفه عن المستعرات الأعظمية وبقاياها.
على سبيل المثال ، لا تزال هناك أسئلة لم يتم حلها حول الآليات التي تعمل على تشغيل موجات الصدمة الناتجة عن المستعر الأعظم. ومع ذلك ، استخدم فريق دولي من الباحثين مؤخرًا البيانات التي حصل عليها مرصد تشاندرا للأشعة السينية من مستعر أعظم قريب (SN1987A) وعمليات محاكاة جديدة لقياس درجة حرارة الذرات في موجة الصدمة الناتجة.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "تسخين الصدمات غير المتصادمة للأيونات الثقيلة في SN 1987A" مؤخراً في المجلة العلمية طبيعة. قاد الفريق ماركو ميسيلي وسالفاتور أورلاندو من جامعة باليرمو ، إيطاليا ، وتألف من أعضاء من المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF) ، ومعهد المشاكل التطبيقية في الميكانيكا والرياضيات ، وولاية بنسلفانيا وجامعة نورث وسترن. .
من أجل دراستهم ، جمع الفريق بين ملاحظات شاندرا لـ SN 1987A ومحاكاة لقياس درجة حرارة الذرات في موجة صدمة المستعر الأعظم. وبذلك ، أكد الفريق أن درجة حرارة الذرات مرتبطة بوزنها الذري ، وهي نتيجة تجيب على سؤال طويل الأمد حول موجات الصدمة والآليات التي تشغلها.
كما قال ديفيد بوروز ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا والمؤلف المشارك في الدراسة ، في بيان صحفي ولاية بنسلفانيا:
"توفر انفجارات المستعر الأعظم وبقاياها مختبرات كونية تمكننا من استكشاف الفيزياء في الظروف القاسية التي لا يمكن تكرارها على الأرض. لقد سمحت لنا المقاريب الفلكية الحديثة والأجهزة ، سواء الأرضية أو الفضائية ، بإجراء دراسات تفصيلية عن بقايا السوبرنوفا في مجرتنا والمجرات القريبة. لقد أجرينا ملاحظات منتظمة على بقايا المستعر الأعظم SN1987A باستخدام مرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا ، وهو أفضل تلسكوب أشعة سينية في العالم ، منذ وقت قصير من إطلاق تشاندرا في عام 1999 ، واستخدمنا المحاكاة للإجابة على أسئلة طويلة الأمد حول موجات الصدمة ".
عندما تتعرض النجوم الأكبر لانهيار الجاذبية ، يدفع الانفجار الناتج المواد إلى الخارج بسرعات تصل إلى عُشر سرعة الضوء ، مما يدفع موجات الصدمة إلى الغاز بين النجوم المحيط بها. حيث تلتقي موجة الصدمة بالغاز البطيء الذي يحيط بالنجم ، يكون لديك "جبهة الصدمة". تسخن هذه المنطقة الانتقالية الغاز البارد إلى ملايين الدرجات وتؤدي إلى انبعاث الأشعة السينية التي يمكن ملاحظتها.
لبعض الوقت ، كان الفلكيون مهتمين بهذه المنطقة من موجة صدمة المستعر الأعظم ، حيث أنها تشير إلى الانتقال بين القوة المتفجرة للنجم المحتضر والغاز المحيط. كما شبهه الجحور:
"التحول مشابه لما لوحظ في حوض المطبخ عندما يضرب تيار عالي السرعة من المياه حوض المغسلة ، ويتدفق بسلاسة إلى الخارج حتى يقفز في الارتفاع فجأة ويصبح مضطربًا. تمت دراسة واجهات الصدمات بشكل مكثف في الغلاف الجوي للأرض ، حيث تحدث في منطقة ضيقة للغاية. لكن في الفضاء ، تكون التحولات الصدمية تدريجية وقد لا تؤثر على ذرات جميع العناصر بنفس الطريقة ".
من خلال فحص درجات حرارة العناصر المختلفة وراء جبهة صدمة المستعر الأعظم ، يأمل الفلكيون في تحسين فهمنا لفيزياء عملية الصدمة. في حين كان من المتوقع أن تكون درجات حرارة العناصر متناسبة مع وزنها الذري ، كان الحصول على قياسات دقيقة أمرًا صعبًا. لم تؤد الدراسات السابقة فقط إلى نتائج متضاربة ، لكنها فشلت أيضًا في تضمين العناصر الثقيلة في تحليلاتها.
ولمعالجة ذلك ، نظر الفريق إلى Supernova SN1987A ، الموجود في سحابة Magellanic الكبيرة وأصبح واضحًا لأول مرة عام 1987. بالإضافة إلى كونه أول مستعر أعظم كان مرئيًا للعين المجردة منذ Kernler Supernova (1604) ، كان أول من يتم دراسته في جميع أطوال موجات الضوء (من موجات الراديو إلى الأشعة السينية وموجات جاما) باستخدام التلسكوبات الحديثة.
في حين أن النماذج السابقة لـ SN 1987A قد اعتمدت بشكل نموذجي على الملاحظات الفردية ، استخدم فريق البحث محاكاة رقمية ثلاثية الأبعاد لإظهار تطور المستعر الأعظم. ثم قارنوا هذه الملاحظات بملاحظات الأشعة السينية التي قدمتها شاندرا لقياس درجات الحرارة الذرية بدقة ، والتي أكدت توقعاتهم.
قال بوروز: "يمكننا الآن قياس درجات حرارة العناصر بدقة مثل السيليكون والحديد بدقة ، وقد أظهرنا أنها تتبع بالفعل العلاقة التي تتناسب فيها درجة حرارة كل عنصر مع الوزن الذري لهذا العنصر". "هذه النتيجة تحل قضية مهمة في فهم موجات الصدمة الفيزيائية الفلكية وتحسن فهمنا لعملية الصدمة."
تمثل هذه الدراسة الأخيرة خطوة مهمة بالنسبة لعلماء الفلك ، مما يقربهم من فهم آليات المستعر الأعظم. من خلال الكشف عن أسرارهم ، نقف لمعرفة المزيد عن عملية أساسية للتطور الكوني ، وهي كيفية تأثير موت النجوم على الكون المحيط.
