مستعر أعظم بالقرب
من الأرض
يجرى علماء الفيزياء الفلكية استعدادات لسحب
النيوترينوات من نجم متفجر فى مجرة الطريق اللبنى على أمل بأن تزود الجسيمات دون
الذرية العلماء برؤى غير مسبوقة فى فيزياء موت النجوم
فعن طريق استخدام تلسكوب قديم عمره ( 10 سنوات ) وقطره (
10 بوصات ) فعن طريق توجيهه إلى واحدة من المجرات المرافقة لمجرة درب التبانة (
سحابة ماجلان الكبيرة ) وعن طريق رفع لوحة التصوير الفوتوجرافى من خزان التظهير وفحصها
للتوثق من أن تعريضها لمدة ( 3 ) ساعات قد أعطى نتائج جيدة ويوجد شىء مهم ( بقعة
ساطعة غريبة بجوار معالم مألوفة عنكبوتية الشكل ( سديم تارانتولا ) فما تكون
البقعة الغريبة وقد لوحظ وجود نجم مضىء فى سحابة ماجلان الضخمة لم تكن مرئية من
قبل .
فعن طريق مشغل التلسكوب فقد تم رؤية النجم نفسه قبل
ساعات قليلة وإن النجم الجديد لا بد أن يكون مستعرا أعظميا ولم يكن معروف أن أى
جرم فلكى آخر تتغير إضاءته بطريقة درامية مماثلة للنجم المكتشف من حالة كونها
خافتة جدا لا يستطاع رصده بالصور الفوتوجرافية المأخوذة سابقا إلى حالة تصبح
إضاءته ساطعة بحيث يمكن رصده بسهولة بالعين المجردة لاحقا مما يعنى وجود مستعرا
أعظميا فى مجرة ( درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way ) ولقد انتشر خبر الاكتشاف بين العلماء حول
العالم فعن طريق اكتشاف النجم المتفجر الجديد ومن برقية الاتحاد الفلكى الدولى فإن
النجم المتفجر هو المستعر الأعظم ( 1987
A ) فى جدار مجرة الطريق اللبنى منذ
اختراع التلسكوب منذ ( 4 قرون ) .
فعن طريق تغطية نصف الكرة الأرضية الجنوبى بسلسلة قوية
من التلسكوبات الضوئية وتحت الحمراء والراديوية إضافة لمجسات للأشعة السينية وفوق
البنفسجية التى ركبت على متون مركبات فضائية لمراقبة لحظات ظهوره منتشرا فى غيمة
ماجلان الكبيرة .
إن الأبحاث المجراة على المستعر الأعظم ( 1987 أ ) فعن
طريق المحاكيات المعقدة باستخدام كمبيوترات فائقة والذى يبين كيفية قيام نجم عملاق
هرم بتدمير نفسه بإنهيار قلبه متحولا لكرة متراصة من النجوم النيترونية أو إلى ثقب
أسود تطرد طبقاته الخارجية لتكون غيمة متوهجة من الأنقاض .
فعن طريق الأرصاد التى قدمت إشارات وملاحظات مهمة لفهم
طبيعة الجسيمات تحت الذرية الشبحية ( النيوترينوات ) فإن جميع الدراسات المتعددة
على النجم المستعر ( 1987 أ ) تم التوصل لتوقع إمكانية حدوث انهيارات نجمية مشابهة
فى مجرة الطريق اللبنى .
فعن طريق الإجابة عن عدة أسئلة كثيرة حول موت النجوم وعن
طبيعة جسيمات النيوترينوات .
السابقون فى علم الفوتونات :
إن اعتبار المستعر الأعظم ( 1987
A ) مثيرا حيث أن النذر الأولية
لهذه الكارثة الكونية وربما أكثرها أهمية قد وصلت قبل ساعات من اكتشاف المستعر
الأعظم ( 1987 A ) باستخدام التلسكوبات التقليدية وأنه حسب النماذج
النظرية للتطور النجمى فإن أنهيار القلب فى نهاية حياة نجم كبير ينبغى أن يؤدى
لتدفق قدر كبير من النيوترينوات التى تفر من موقع التفجير على عمق كبير داخل النجم
وتقابل بمواجهة صغيرة جدا على أن ما ينجم من توهجات شبيهة بالألعاب النارية لن
تظهر إلا حين تنفجر طبقة النجم الخارجية ( عباءة النجم ) وبعد دقائق من سماع
العلماء عن سوبرنوفا ( 1987 ) بدأ العمل لحساب عدد النيوترينوات التى كان يجب
تسجيلها من قبل كواشف النيوترينوات المتعددة المنتشرة على الأرض فإن الجواب يجب أن
يكون بضع عشرات من النيوترينوات .
ولقد بدأ علماء الفيزياء التجريبية بالبحث فى المعلومات
المسجلة فى العديد من أجهزة الكشف المنتشرة فى الأنفاق فى جميع أنحاء العالم وكانت
أفضل فرصة لتسجيل الجسيمات النيوترينوية المنبعثة من انفجارات المستعر الأعظم ( 1987 A ) بواسطة
أحد الكواشف اليابانية الذى يتألف من خزان اسطوانى بارتفاع مبنى مكون من ( 4 طبقات
) مملوءة بالماء النقى ويحيط به 1000 من الكواشف الضوئية التى تسجل ومضات عندما
تتفاعل النيوترينوات مع ذرات الماء وقد يترتب على الفشل فى قياس النيوترينوات من
المستعر الأعظم وجود قصور أساسى فى الفهم لكيفية عمل المستعر الأعظم .
وتوجد إشارات واضحة للنيوترينوات فى المعلومات المرصودة
مما لا يدع مجالا للشك فى مصدرها فقد استطاعت الأنابيب الضوئية فى أحد الكواشف
التقاط ( 11 ومضة ) فى انفجار دام عدة ثوان قبل ما يقرب من ( 3 ساعات ) من الرؤية
الضوئية للمستعر الأعظم من قبل علماء الفلك .
وفى النصف الثانى من الكرة الأرضية يوجد كاشف للنيوترينو
والذى سجل ( 8 ومضات ) بتوقيت متزامن مع أحد المختبرات ويوجد أحد الكواشف والذى
يعمل بمبدأ القاعدة الزيتية فى أحد المراصد للنيوترينو والذى رصد ( 5 نيوترينوات )
.
والذى تم رصده من الجسيمات النيوترينوية جزءا يسيرا من
بين بلايين البلايين من الجسيمات دون الذرية التى تكتسح كوكب الأرض نتيجة انفجار
فى قلب النجم المتفجر فى غيمة ماجلان الضخمة ولأن مراصد النيوترينو التى رصدت
الجسيمات النيوترينوية تقع فى نصف الكرة الشمالى فى حين تقع غيمة ماجلان الضخمة فى
نصف الكرة الجنوبى مما يعنى أنه يتعين على النيوترينوات أن تكون اخترقت الكرة
الأرضية من جانب الأرض للجانب الآخر عبر القسم الداخلى من كوكب الأرض وإن
النيوترينوات دخلت الكواشف من الأسفل .
إن رصد الجسيمات النيوترينوية حدثا مهما ولكن أهمية
الأحداث النيوترينوية تؤكدها حقيقة أنها موضوع مئات الأبحاث العلمية وكان النجم
المتفجر ( 1987 A ) المناسبة الأولى التى رصدت فيها جسيمات نيوترينوية
قادمة من مصادر فلكية غير الشمس وتتيح النيوترينوات رؤية أعماق نجم ضخم فى آخر
حياته .
لقد كان لاكتشافات نيوترينوات المستعرات الأعظمية فضل فى
تأييد بعض التفصيلات المهمة المتعلقة بكيفية انفجار نجم ضخم فإن أعداد وطاقات
الجسيمات النيوترينوية كانت موافقة للتوقعات المبنية على الحسابات النظرية وبفضل
التوافق الرائع بين التوقعات النظرية والقياسات العملية استنتج العلماء أن المستعر
الأعظم لم يفقد طاقة خلال عملية غامضة ما فإن العملية هى إصدار جسيمات افتراضية (
اكسيونات ) وإن وصول النيوترينوات على مدى ثوان عدة بدلا من وصولها كلها دفعة
واحدة دليل على أنها استغرقت بعض الوقت فى خروجها من قلب منكمش وكثيف جدا ولقد
كشفت بعض القياسات عن طبيعة الجسيمات النيوترينوية نفسها ولأن النيوترينوات كانت
قد وصلت الأرض قبل أكثر من ( 3 ساعات ) من رصد الكواشف للمستعر الأعظم فى صورة
فوتوجرافية ضوئية فلا بد أنها كانت تسير بسرعة قريبة لحد ما من سرعة الضوء ولما
كانت النيوترينوات الخفيفة الوزن تسير بسرعة أعلى من النيوترينوات الأصغر فى الوزن
فإن كتلة النيوترينو لا بد أن تكون صغيرة جدا وفى الحقيقة وبالاعتماد على وقت وصول
الجسيمات النيوترينوية من المستعر الأعظم ( 1987
A ) تمكن العلماء من إثبات أن
النيوترينوات على الرغم من أعدادها الكبيرة فإنه من غير المحتمل أن تكون المسؤولة
عن ( المادة المظلمة ) الغامضة التى تتخلل الكون فتوجد مقولة بأن النيوترينوات
تسير بسرعة أكبر من سرعة الضوء فانطلقت حجة مضادة قوية تستند لأرصاد المستعر
الأعظم ( 1987 A ) بأنه لو كانت الجسيمات النيوترينوية تسير
بسرعة أكبر من سرعة الضوء لوجب رصدها قبل سنوات لا ساعات من وصول الضوء الصادر عن
المستعر الأعظم ( 1987 A ) .
اندفاع بسرعة أعلى :
فتح المستعر الأعظم ( 1987
A ) شهية علماء الفيزياء الفلكية
لمعرفة المزيد عن تفاصيل الأعمال الداخلية للنجوم المحتضرة فماذا يمكن تعلمه إذا
تم تعقب ( 1000 نيوترينو ) من مستعر أعظم قريب إن ذلك الحدث الاستثنائى لا يسمح
بالتحديد الدقيق لتسلسل الأحداث فى عملية الانفجار بل إنه سيخبر بما صار إليه ذلك
النجم فإن الجسيمات النيوترينوية الناتجة من الانفجار النجمى ستتيح لعلماء فيزياء
الجسيمات دون الذرية فرصة نادرة لفهم كيفية تصرف الجسيمات دون الذرية فى الظروف
المتطرفة التى لا يمكن تحقيقها فى المختبرات العلمية .
إن مشاهدة انهيار قلب مستعر أعظمى فى مجرة درب التبانة /
اللبانة / الطريق اللبنى ومن المفاجأة أنه لم ير أى مستعر أعظمى فى مجرة درب
التبانة منذ عام ( 1604 ) وذلك عندما رصد المحدقون فى النجوم ومن ضمنهم ( كبلر )
نجما جديدا فى برج ( حامل الأفعى ) وحين كان النجم فى ذروته كان لمعانه شديدا
لدرجة أنه كان مرئيا خلال النهار وفى عام ( 1572 ) رصد مراقبون أوروبيون ومن ضمنهم
( براهى ) مستعرا أعظميا آخر وتشير الأدلة إلى أن كلا المستعرين قد نتجا من انفجار
جمرة نجمية ( القزم الأبيض ) وهى إما أن تكون مادة مبتلعة من نجم رفيق آخر أو أنها
ناتجة من اندماجها فى قزم آخر لكن ليس من انهيار قلب نجم كبير فى نهاية حياته .
وبناء على أرصاد فلكيين معاصرين لمجرات أخرى فإنهم
يعتقدون أنه لا بد من حدوث انفجارات لبضعة نجوم ضخمة على الأقل فى كل قرن فى مجرة
الطريق اللبنى وحتى لو استطاعت المادة الداخلية للنجم حجب الضوء الناتج من انفجار
نجمى من الوصول للعوالم البعيدة فى مجرة درب اللبانة فإنها لن تستطيع إعاقة سير
الجسيمات النيوترينوية فإن رصد دفق لمجموعة من النيوترينوات بمثابة الإفصاح عن موت
نجم ضخم حدث فى مكان ما فى درب اللبانة وتوجد كواشف حساسة للنيوترينو تعمل منذ ربع
قرن وإذا كانت التقديرات صحيحة فعن طريق انتظار انفجار نجم آخر فى مجرة ما فى أية
لحظة .
فعن طريق نظام إنذار مبكر للمستعرات الأعظمية وهو شبكة للإبلاغ
السريع عن الانفجارات الناتجة من انفجارات قلوب المستعرات فى المجرة ( الطريق
اللبنى ) فإن الكواشف المنتشرة حول العالم والحساسة للجسيمات النيوترينوية الناتجة
من المستعرات ككاشف ( مكعب الثلج ) فى القارة القطبية الجنوبية وكاشف ( الحجوم
الكبيرة ) فى إيطاليا ونسخة متطورة من كاشف أكبر وأكثر حساسية فى اليابان سوف ترصد
وترسل تقديرا عن أى انفجار مرشح للكمبيوتر المركزى فى أحد المختبرات وإذا تزامنت
إضاءة عدة كواشف للنيوترينو فهناك فرصة جيدة جدا لأن يكون انفجار نجمى قد حدث
بالقرب من الأرض .
وإذا وجد الكمبيوتر المركزى تزامنا بين إشارتين من
كاشفين منفصلين فى مدة زمنية لا تزيد عن
( 10 ثوان ) فإنه يرسل إنذارا للمراصد فى جميع أنحاء
العالم ويجب أن تكون المراصد المنتشرة على الأرض وفى الفضاء قادرة على تسجيل إشعاع
كهرومغناطيسى بما فيه الضوء المرئى والموجات الراديوية والأشعة السينية الناتجة من
الانفجار ومشاهدة المراحل المبكرة للانفجار .
إن قياس كمية النيوترينوات الصادرة عن انفجار مستعر أعظم
فى المجرة الطريق اللبنى إذ أنه منجم غنى بالمعلومات لدرجة لا تصدق وتسجل الكواشف
كيفية تطور أعداد وطاقات النيوترينوات التى تصل للأرض بمرور الوقت والتى سوف تزود
البشرية بنظرة فاحصة لكيفية حدوث الانفجار وعن طريق تحديد ما إذا كان قلب النجم
سينهار متحولا لثقب أسود لا يستطيع أن يفلت منه أى شىء بما فى ذلك الجسيمات
النيوترينوية أو عما إذا كان سيتوقف الانهيار ثم يتحول لبناء نجم نيوترونى وفى
حالة تكون ثقب أسود فإن تدفق النيوترينوات من المستعر الأعظم إلى خارجه سوف يتوقف
فجأة أما إذا كان المنتج النهائى لانهيار القلب نجما نيوترونيا فإن الجمرات
النجمية الناتجة ستستمر بإرسال النيوترينوات لمدة ( 10 ثوان ) خلال عملية التبريد
فإن تيار النيوترينوات سيتضاءل ببطء بدلا من الانقطاع المفاجىء .
وتكمن أهمية دراسة مستعر أعظم فى المجرة ( الطريق اللبنى
) فى أنها تستطيع تسليط الضوء على طبيعة الجسيمات النيوترينوية نفسها فما هو
التسلسل الهرمى لكتل الجسيمات النيوترينوية بمعنى تحديد ما إذا كان الجسم الكلى
مكونا من حالتى جسمين ثقيلين إضافة لحالة جسم واحد خفيف أو حالة جسم ثقيل واحد
وحالتى جسمين خفيفين فإن قياس نيوترينوات المستعرات الأعظمية وأنه فى قلب مستعر
أعظم تكون كثافة الجسيمات النيوترينوية عالية جدا مما يؤدى لحدوث تفاعل بين
الجسيمات النيوترينوية نفسها وإلا كانت الجسيمات غافلة عن وجود غيرها مما يجعل
بالإمكان أن تغير الجسيمات سلوكها وقد يوجد بعض الذبذبات الجماعية غير الطبيعية
للجسيمات النيوترينوية فإذا كان هناك شذوذ فى سلوك الجسيمات النيوترينوية فإنه قد
يشير لانبثاق فيزياء جديدة خارج إطار النموذج التقليدى الذى أثبت كفاءته وفاعليته
والذى هو نموذج مجرب داخل إطار النموذج التقليدى للقوى الأساسية والجسيمات الأولية
فى الطبيعة .
فإن العديد من الكواشف المستخدمة حساسة بدرجة كافية لرصد
وتسجيل النيوترينوات التى يمكن أن تنتج من الانفجارات النجمية فى أى مكان من مجرة
( درب التبانة ) فأحد الكواشف يمكن أن يسجل عدة آلاف من الضربات الصادرة عن مستعر
أعظم قريب من قلب المجرة ويبعد أكثر من
( 25000 سنة ضوئية ) عن الأرض إذ أن الكاشف يستطيع تحديد
الاتجاه الذى انطلقت منه النيوترينوات بخطأ لا يتجاوز بضع درجات فى رقعة من السماء
مساحتها أكبر عدة مرات من مساحة البدر الظاهرية فإن كاشف ( المكعب الثلجى ) الذى
يستطيع تسجيل أكثر من مليون حدث الأفضل فى تعقب كيفية تطور سيل الجسيمات
النيوترينوية مع الزمن بحيث نستطيع رؤية كامل قصة ال ( 10 ثوان ) الأولى من
الانفجار على شكل لقطات كل بضعة أجزاء من الألف من الثانية بحيث نكون قادرين على
تحديد اللحظة نفسها التى يتكون فيها النجم النيوترونى .
إن الكواشف حساسة لصنف واحد من الجسيمات النيوترينوية
وتحديدا النيوترينوات المضادة الإلكترونية ( نيوترينوات ونظائرها من المادة
المضادة ) لكل منها صفات ثلاث ( إلكترون / ميون
تاو ) وإن رصد صفة واحدة يشبه أخذ صورة فوتوجرافية
باستخدام مرشح أحادى اللون وبتفضيل الحصول على منظر بالألوان كاملة وكخطوة أولى
نحو ابتكار رؤية متعددة الألوان فعن طريق بناء جهاز خاص ( مرصد الهليوم والرصاص )
وباستخدام المرصد طنا من الرصاص كمادة للكاشف فإنه أصبح حساسا للنيوترينوات
المضادة الإلكترونية فعن طريق تسجيل المادة المضادة التوأمة فإن المرصد صغير الحجم
بالنسبة للكواشف النيوترينوية فلا بد لمستعر أعظمى أن ينفجر فى النصف الأقرب من
المجرة ليكون قابلا للرصد .
لعبة الانتظار :
إن توقع انفجار مستعر فى جوار مجرى فالمشكلة إن المراصد
غير حساسة بالكفاية لرصد العديد من الجسيمات النيوترينوية الناتجة من الانفجارات
النجمية فى مجرات أخرى فعن طريق تسجيل حدثا تافها واحدا من انفجار فى مجرة (
أندورميدا ) أقرب جار لمجرة درب التبانة ثم إن حجمها قريب من حجم مجرة الطريق
اللبنى وهى تبعد عن مجرة درب اللبانة نحو ( 2.5 مليون سنة ضوئية ) .
ومع أن جميع الأدلة تشير إلى أن النجوم الهرمة الضخمة
كنجمى ( منكب الجوزاء وإيتا كاريناى )
سائرة نحو نهاية نارية فى المستقبل القريب لكن لا أحد
يعرف متى تكون النهاية فإن المصطلح الكونى ( المستقبل القريب ) يمكن أن يعنى بضع
مئات من آلا ف السنين من الوقت الحالى فاحتمال انفجار نجم ضخم فى العقود القليلة
المقبلة احتمال جيد فإن الانفجار النجمى المجرى القادم أم بناء مصادم الجسيمات دون
الذرية الضخم فإن المستعر الأعظم سيكون الأول حتى ولو كان بعيدا جدا عن الأرض بحيث لا يمكن رصد ضوئه من خلال الحجاب
الغبارى لمجرة درب اللبانة لكنه سيشع بقوة فى كواشف النيوترينو المنتشرة حول
العالم .
مجلة العلوم
الأمريكية
تنقيح / أسامة ممدوح
عبد الرازق مصطفى شرف
24 / 9 / 2016
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق