الباحثون يكسرون الكود وراء الطائرات الكونية

تُلاحظ انبعاث مادة شبيهة بالنفث في الأنظمة الفلكية بسرعات تتراوح من سريع إلى بطيء. النفاثات في شكل تدفقات من المادة في الأنظمة الفلكية تُلاحظ عادةً بسرعات تتراوح من سريع إلى بطيء. الطائرات السريعة نسبية للغاية وتصل إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء. على الرغم من أن هذه الظاهرة ملحوظة على نطاق واسع ، إلا أن أصل هذه النفاثات والعديد من خصائصها لا يزال لغزا.

لفترة طويلة ، كان الخبراء في حيرة من أمر التوزيع ثنائي الوسائط لسرعات النفاثات ، مع بعضها سريع بشكل لا يصدق والبعض الآخر بطيء ، ونقص ملحوظ في السرعة بينهما. ومع ذلك ، أعاد باحثو جامعة بار إيلان فحص البيانات ويبدو أنهم تمكنوا أخيرًا من حل هذا اللغز المحير.

في العديد من الأنظمة بين النجوم وخارج المجرة ، يُرى انبعاث المادة عادة في شكل نفاثات. تختلف السرعة التي يحدث بها هذا السيناريو بشكل كبير. تُلاحظ النفاثات الأسرع والنسبية بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء ، جنبًا إلى جنب مع النفاثات البطيئة نسبيًا المرتبطة بالنجوم النيوترونية أو أنظمة النجوم الثنائية. ترتبط أسرع الطائرات المعروفة بظاهرة تُعرف باسم “انفجارات أشعة جاما”.

يتميز هذا الحدث بوميض أولي لأشعة جاما يستمر لبضع ثوانٍ ، يمكن خلاله رؤية انبعاث قوي من أشعة جاما. يتبعه “الشفق” الذي يستمر لساعات وأيام وحتى شهور. خلال هذه الحقبة ، يتلاشى الانبعاث ويتم ملاحظة الأطوال الموجية الأقصر والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء والراديو في أوقات متأخرة جدًا.

بعيدًا عن السؤال عن سبب تحرك النفاثات من هذه الأجسام بهذه السرعة ، فإن اللغز غير ذي الصلة هو ما يحدث خلال مئات إلى آلاف الثواني التي يختفي فيها الانبعاث أو يظل دون تغيير. في بعض الحالات ، بعد بضع عشرات من الثواني ، يتحلل انبعاث الأشعة السينية بشكل كبير ، كما هو متوقع من اندفاعات نسبية من المادة وتصادم الإشعاع بين الأنظمة النجمية في المجرة.

ومع ذلك ، في حوالي 60٪ من الحالات المرصودة ، لا يتلاشى الانبعاث المرئي ، بل يظل ثابتًا. لقد حيرت هذه الملاحظة الباحثين لفترة طويلة ، ولم يتم العثور على تفسير نهائي منذ اكتشاف هذه الظاهرة قبل حوالي 18 عامًا.

لقد أثبت باحثون من قسم الفيزياء بجامعة بار إيلان أن هذا الانبعاث المرئي الدائم هو نتيجة طبيعية لسرعة الطائرة النفاثة ، والتي تعد أقل بكثير مما يُفترض عادةً ، وتملأ الفجوة بين السرعات المقاسة من مصادر مختلفة. بعبارة أخرى ، تفسر سرعة النفث الأولية المنخفضة عدم وجود الانحلال والانبعاث المرئي والدائم.

وأظهر الباحثون أن النتائج السابقة التي استنتجت سرعة عالية في هذه المواد لم تكن صحيحة في هذه الحالات. من خلال القيام بذلك ، قاموا بتغيير النموذج وأظهروا أن النفاثات تتشكل في الطبيعة بجميع السرعات. تم نشر الدراسة في المجلة التواصل الطبيعي وتم اختياره كواحد من قبل محرر المجلة اهم 50 مقال نشر مؤخرا.

السؤال الرئيسي المفتوح في دراسة انفجارات أشعة جاما هو لماذا ، في نسبة كبيرة من الحالات ، لا تتلاشى الأشعة السينية المرئية لأيام لفترة طويلة. للإجابة على هذا السؤال ، بدأ الباحثون في رسم خرائط دقيقة للبيانات ، والتي كانت وفيرة ولكنها مبعثرة و “صاخبة”.

بعد بحث شامل في الأدبيات ، طوروا نموذجًا للبيانات عالية الجودة. بعد فحص تفسيرات الظاهرة في الأدبيات الحالية ، وجدوا أنه بدون استثناء ، تقدم جميع النماذج الحالية افتراضات إضافية لا تدعمها البيانات. اللافت للنظر ، لا يقدم أي من النموذجين تفسيرًا مقنعًا للبيانات النظيفة. لذلك ، عاد الباحثون إلى النموذج الأساسي وحاولوا فهم أي من الافتراضات الأساسية غير صالحة.

وجدوا أن تغيير افتراض واحد فقط حول السرعة الابتدائية للطائرات كان كافياً لشرح البيانات. واصل الباحثون فحص البيانات ، مما دفع علماء الفيزياء الفلكية الآخرين إلى استنتاج أن النفاثات يجب أن تكون نسبية للغاية (أي السفر قريبًا جدًا من سرعة الضوء = سريع جدًا) ، وقد فوجئوا وسعدوا. كانت الحجج الموجودة صحيحة في القضايا التي فحصوها. ومن هناك قرروا بسرعة أنهم يسيرون في الاتجاه الصحيح.

قاد الجزء النظري من هذا البحث أ.د. يصف Asaf Beer نفسه بأنه مُنظّر يستمتع بالعمل مع البيانات.

ويوضح قائلاً: “تتميز الأنظمة الفيزيائية الفلكية عمومًا بتعقيد كبير ، وغالبًا ما تفوت النماذج النظرية ، التي هي بطبيعتها بسيطة للغاية ، نقاط مهمة”. “في كثير من الحالات ، أظهر التحليل الدقيق للبيانات التي أجريناها هنا أن الأفكار الحالية لم تنجح. قادنا ذلك إلى تطوير أفكار جديدة. أحيانًا تكفي فكرة بسيطة وأقل تعقيدًا.

في هذا البحث أ.د. أصحاب المصلحة في بير هم المؤلف الأول للدراسة ، مجموعة أبحاث الدكتور بار إيلان. حسني تيريلي بايك والبروفيسور فيليكس رايت من المعهد الملكي للتكنولوجيا KTH في ستوكهولم. بينما ركز Peer على النظرية ، ركز معاونوه على تحليل البيانات التي حفزت ودعمت نظريته المقترحة.

يقول البروفيسور بير: “لقد استغرق الأمر منا بعض الوقت لمعرفة ذلك ، وبمجرد أن أدركت أنه يجب تغيير عامل واحد إجمالاً ، كان كل شيء يعمل مثل اللغز”. “لدرجة أنه في كل مرة نتوصل فيها إلى مشكلة محتملة جديدة ، كان من الواضح لي أن البيانات ستكون في مصلحتنا ، وقد كانت كذلك بالفعل”.

البحث في الفيزياء الفلكية هو بحث أساسي بطبيعته. في الواقع ، إذا كان الباحثون على صواب ، فإن النتائج لها آثار بعيدة المدى يمكن أن تؤدي إلى نقلة نوعية في المجال ، وكذلك في فهم العمليات الفيزيائية التي تخلق النفاثات. لا يزال أصل هذه الظاهرة غير مفهوم تمامًا ، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه مرتبط بوضوح بانهيار نجم (أو زوج من النجوم) إلى نجم.[{” attribute=””>black hole. The research results are very important in understanding these mechanisms, as well as the type of stars that end their lives in a way that produces strong gamma radiation.

“Scientific research is fascinating. New ideas are constantly born and tested. Since the data are often inconclusive, people often publish their ideas and move on,” says Prof. Pe’er. “Here was a unique case, in which, after examining many ideas, I suddenly realized that the explanation could be very simple. After I proposed the explanation, we checked it again and again against the existing data, and it passed test after test. So sometimes, the simplest explanation is also the most successful one.”

Reference: “A wind environment and Lorentz factors of tens explain gamma-ray bursts X-ray plateau” by Hüsne Dereli-Bégué, Asaf Pe’er, Felix Ryde, Samantha R. Oates, Bing Zhang and Maria G. Dainotti, 24 September 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-32881-1