في عام 1987، أضاءت سماء الأرض بمشهد نادر.
شوهد انفجار ضوئي من نجم يحتضر يتحول إلى مستعر أعظم في سحابة ماجلان الكبرى لأول مرة في فبراير. على بعد 168 ألف سنة ضوئية فقط، كان الحدث شديد السطوع لدرجة أنه يمكن رؤيته بالعين المجردة من سطح كوكبنا، وهو عبارة عن نقطة صغيرة من الضوء سطعت ثم تلاشت على مدار الأشهر الفاصلة.
منذ ذلك الحين، تمت تسمية المادة المقذوفة أثناء المستعرات الأعظم إس إن 1987 أ ويستمر في التطور ولم يعد مرئيًا إلا من خلال التلسكوبات، لكن قربه أعطى العلماء رؤية غير مسبوقة للعواقب المباشرة وتطور موت نجم ضخم.
ومع ذلك، هناك سؤال واضح تماما. ماذا حدث لبقية النجم، الذي لا بد أنه بقي سليمًا وسط الحطام الفوضوي للأجزاء الداخلية المنفجرة؟ حسنًا، الآن قد يكون لدينا الجواب.
اكتشف العلماء الذين فحصوا بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) أدلة غير متوقعة على وجود نجم نيوتروني كامن بين الشذوذات النجمية.
“بفضل الدقة المكانية الممتازة والأدوات الممتازة في JWSD، تمكنا لأول مرة من دراسة قلب المستعر الأعظم وما تم إنشاؤه هناك.” يقول عالم الفيزياء الفلكية كلايس فرانزين من جامعة ستوكهولم، الذي قاد الدراسة.
“نحن نعلم الآن أن هناك مصدرًا مدمجًا للإشعاع المؤين، على الأرجح من نجم نيوتروني. لقد كنا نبحث عن هذا منذ الانفجار، ولكن كان علينا الانتظار حتى يتحقق تلسكوب جيمس ويب الفضائي من التوقعات.”
ال سوبر نوفا الانهيار الأساسي يعد النجم الضخم أحد أكثر الأحداث عنفًا في الكون. تحدث هذه المستعرات الأعظم عندما ينفد نجم ضخم تبلغ كتلته ثمانية أضعاف كتلة الشمس من المواد اللازمة للاندماج المركزي.
بمجرد أن يتوقف الاندماج بدرجة كافية بحيث لا يكون الضغط الخارجي الناتج عنه كافيًا لمواجهة ضغط الجاذبية الداخلي، يذهب النجم إلى كابلوي.
تنفجر المادة الخارجية في الفضاء، لكن قلب النجم يندفع نحو الداخل بفعل الجاذبية ليتحول إلى مادة شديدة الكثافة. ما يعنيه هذا يعتمد على الكتلة الأولية للنجم. تشير الحسابات إلى أن النجم الأولي الذي تتراوح كتلته بين حوالي 8 و 30 كتلة شمسية سيشكل نجمًا نيوترونيًا. أي شيء أثقل، سينتهي بك الأمر مع ثقب أسود.
وبما أن العديد من المستعرات الأعظمية لا تحظى بمثل هذا المقعد في الصف الأمامي، فقد كان العلماء متحمسين للغاية لرؤيتها تتكشف. ولكن بسبب كل الحطام، ليس من الواضح ما إذا كان SN 1987A قد أدى إلى ظهور نجم نيوتروني أو ثقب أسود.
اعتقد العلماء أ كان النجم النيوتروني أكثر احتمالالكننا لم نتمكن من النظر إلى الغبار اللاحق بدقة عالية بما يكفي للتأكد.
لاحظ تلسكوب جيمس ويب الفضائي بقايا المستعر الأعظم الشهير في عام 2022، ولجأ فرانزين وفريقه إليها للبحث عن الإجابات. واستخدموا قدرات الأشعة تحت الحمراء القوية للتلسكوب للنظر في الحطام ودراسة تركيبة الغاز فيه باستخدام التحليل الطيفي.
حول مركز بقايا المستعر الأعظم، بالقرب من مكان حدوث الانفجار، وجدوا شيئًا مفاجئًا: ذرات الأرجون الثقيل والكبريت المجردة من إلكتروناتها الخارجية، وهي عملية التأين.
هناك عدة طرق لتأين أو إضافة أو إزالة الإلكترونات. أجرى الفريق عملية النمذجة ووجد أنه في هذا السياق بالذات، كان هناك تفسير واحد فقط: نجم نيوتروني.
أسفرت عينات الفريق عن طيف نجمين نيوترونيين. أولاً، قامت الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القوية الصادرة عن نجم نيوتروني شديد الحرارة بتجريد الإلكترونات بعيدًا عندما برد النجم.
ثانيًا، قد تتفاعل رياح الجسيمات المنبعثة من نجم نيوتروني سريع الدوران مع المواد المحيطة لتأيين الذرات.
“إن اكتشافنا بواسطة مطياف MIRI وNIRSpec لجيمس ويب لخطوط انبعاث الأرجون والكبريت المتأينة بقوة من مركز السديم المحيط بالمستعر الأعظم 1987A هو دليل مباشر على وجود مصدر مركزي للإشعاع المؤين. يمكن أن تتطابق بياناتنا فقط مع مصدر الطاقة للإشعاع المؤين. أن الإشعاع المؤين لنجم نيوتروني” يقول عالم الفلك مايك بارلو جامعة كلية لندن.
ومن المثير أننا حللنا لغز ما إذا كان النجم النيوتروني مختبئًا في الغبار لأكثر من 30 عامًا.
تتوافق هذه النتيجة مع العديد من النظريات حول النجوم النيوترونية. تشير النماذج إلى أنه يتم إنتاج كميات كبيرة من الأرجون والكبريت داخل النجم المحتضر قبل أن يتحول إلى مستعر أعظم. توقع العلماء منذ عقود مضت أن الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية في بقايا المستعر الأعظم تشير إلى وجود نجم نيوتروني حديث الولادة.
لكن لم يكن أحد ليخمن أن هذه هي الطريقة التي سنكتشف بها الأمر.
“هذا المستعر الأعظم يظل يفاجئنا.” تقول عالمة الفيزياء الفلكية جوزفين لارسن المعهد الملكي للتكنولوجيا في السويد.
“لم يتوقع أحد أن يتم اكتشاف المادة المضغوطة بواسطة خط انبعاث فائق القوة من الأرجون، لذلك من المضحك أننا وجدناها في تلسكوب جيمس ويب الفضائي.”
وقد تم نشر هذا الاكتشاف علوم.