סילון של חלקיקים שנע במהירות כמעט אור יוצא מכוכב מסיבי בקונספט של אמן זה. בליבת הכוכב נגמר הדלק והתמוטט לתוך חור שחור. חלק מהחומר שהתערבל לכיוון החור השחור הופנה למטוסים כפולים שיורים בכיוונים מנוגדים. אנו רואים התפרצות של קרני גמא כאשר אחד מהסילונים הללו מצביע ישירות על כדור הארץ. קרדיט: מעבדת תמונה מושגית של מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
שימוש בנתונים מ נאס"אטלסקופ החלל של קרני גמא פרמי, חוקרים גילו שיא אנרגיה ייחודי לאחר פרץ קרני הגמא הבהיר ביותר שנראה אי פעם, מה שמרמז על השמדת אלקטרונים ופוזיטרונים. ממצא זה מספק תובנות חדשות לגבי התנהגותם של סילונים קוסמיים והתנאים הקיצוניים בעקבות התפרצויות כאלה.
באוקטובר 2022, אסטרונומים היו המומים ממה שזכה לכינוי ה-BOAT – התפרצות קרני הגמא הבהירה בכל הזמנים (GRB). כעת צוות מדע בינלאומי מדווח כי נתונים מטלסקופ החלל קרני גמא פרמי של נאס"א חושפים תכונה שלא נראתה קודם לכן.
זוהתה תכונה ספקטרלית חסרת תקדים
"כמה דקות לאחר התפרצות הסירה, מוניטור התפרצות של קרני גמא של פרמי רשם שיא אנרגיה יוצא דופן שמשך את תשומת ליבנו", אמרה החוקרת הראשית מריה אדוויג' ראבסיו באוניברסיטת Radboud בניימגן, הולנד, ומזוהה עם מצפה הכוכבים בררה, חלק מ-INAF ( המכון הלאומי האיטלקי לאסטרופיזיקה) במרטה, איטליה. "כשראיתי לראשונה את האות הזה, זה נתן לי עור ברווז. הניתוח שלנו מאז מראה שזהו קו הפליטה בעל הביטחון הגבוה הראשון שנראה אי פעם מזה 50 שנות לימוד GRBs."
מאמר על התגלית מופיע במהדורת ה-26 ביולי של כתב העת מַדָע.
טלסקופ החלל של קרני גמא פרמי צופה בקוסמוס באמצעות צורת האור בעלת האנרגיה הגבוהה ביותר, ומספק צוהר חשוב לתופעות הקיצוניות ביותר של היקום, מהתפרצויות קרני גמא וסילוני חורים שחורים ועד פולסרים, שרידי סופרנובה ו מקור הקרניים הקוסמיות. קרדיט: © Daniëlle Futselaar/MPIfR (artsource.nl)
כאשר החומר מקיים אינטראקציה עם האור, האנרגיה יכולה להיספג ולפלוט מחדש בדרכים אופייניות. אינטראקציות אלו יכולות להאיר או לעמעם צבעים מסוימים (או אנרגיות), וליצור תכונות מפתח הנראות לעין כאשר האור פרוש, דמוי קשת בענן, בספקטרום. תכונות אלו יכולות לחשוף שפע של מידע, כמו היסודות הכימיים המעורבים באינטראקציה. באנרגיות גבוהות יותר, תכונות ספקטרליות יכולות לחשוף תהליכים חלקיקים ספציפיים, כגון חומר ואנטי-חומר שמשמידים לייצור קרני גמא.
"בעוד שכמה מחקרים קודמים דיווחו על ראיות אפשריות לתכונות ספיגה ופליטות ב-GRBs אחרים, בדיקה שלאחר מכן גילתה שכל אלה יכולים להיות רק תנודות סטטיסטיות. מה שאנו רואים בסירה שונה", אמר מחבר שותף אום שרן סלפיה במצפה INAF-Brera במילאנו, איטליה. "קבענו שהסיכויים שהתכונה הזו היא רק תנודת רעש הם פחות מסיכוי אחד לחצי מיליארד."
הטבע וההשפעה של התפרצויות קרני גמא
GRBs הם הפיצוצים החזקים ביותר בקוסמוס ופולטים כמויות עצומות של קרני גמא, צורת האור בעלת האנרגיה הגבוהה ביותר. הסוג הנפוץ ביותר מתרחש כאשר הליבה של כוכב מסיבי ממצה את הדלק שלו, מתמוטטת ויוצרת מסתובב במהירות חור שחור. חומר הנופל לתוך החור השחור מפעיל סילוני חלקיקים מכוונים הפוכים שמתפוצצים דרך השכבות החיצוניות של הכוכב כמעט במהירות האור. אנו מזהים GRBs כאשר אחד מהמטוסים הללו מצביע כמעט ישירות לכיוון כדור הארץ.
הסירה, המכונה רשמית GRB 221009A, התפרצה ב-9 באוקטובר 2022, ורווה מיד את רוב גלאי קרני הגמא במסלול, כולל אלה שעל פרמי. זה מנע מהם למדוד את החלק העז ביותר של הפיצוץ. תצפיות משוחזרות, יחד עם טיעונים סטטיסטיים, מצביעים על כך שהסירה, אם חלק מאותה אוכלוסיה שזוהו בעבר GRBs, היה כנראה הפרץ הבהיר ביותר שהופיע בשמי כדור הארץ מזה 10,000 שנים.
התפרצות קרני הגמא הבהירה ביותר שתועדה עד כה העניקה למדענים תכונה עתירת אנרגיה חדשה לחקור. למד מה ראתה משימת פרמי של נאס"א, ומה תכונה זו עשויה לספר לנו על מטוסי מהירות האור של ההתפרצות. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
תובנות לגבי אינטראקציות של חלקיקים קוסמיים
קו הפליטה המשוער מופיע כמעט 5 דקות לאחר זיהוי ההתפרצות והרבה לאחר שהוא התעמעם מספיק כדי לסיים את השפעות הרוויה עבור פרמי. הקו נמשך לפחות 40 שניות, והפליטה הגיעה לאנרגיה שיא של כ-12 MeV (מיליון וולט אלקטרונים). לשם השוואה, אנרגיית האור הנראה נעה בין 2 ל-3 וולט אלקטרונים.
אז מה יצר את התכונה הספקטרלית הזו? הצוות חושב שהמקור הסביר ביותר הוא השמדת אלקטרונים ועמיתיהם אנטי-חומר, פוזיטרונים.
"כאשר אלקטרון ופוזיטרון מתנגשים, הם מתכלים, ומייצרים זוג קרני גמא באנרגיה של 0.511 MeV", אמר מחבר שותף גור אוגנסיאן במכון המדע של גראן סאסו ובמעבדה הלאומית של גראן סאסו בלואקילה, איטליה. "מכיוון שאנו מסתכלים לתוך הסילון, היכן שחומר נע במהירות האור כמעט, הפליטה הזו הופכת לשינוי כחול מאוד ונדחפת לעבר אנרגיות גבוהות בהרבה."
כיווני מחקר עתידי ושיתוף פעולה
אם הפרשנות הזו נכונה, כדי לייצר קו פליטה בשיאו של 12 MeV, החלקיקים המשמידים היו צריכים לנוע לעברנו בכ-99.9% ממהירות האור.
"לאחר עשרות שנים של לימוד הפיצוצים הקוסמיים המדהימים האלה, אנחנו עדיין לא מבינים את הפרטים של איך המטוסים האלה עובדים", ציינה אליזבת הייז, מדענית פרויקט פרמי במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד. "מציאת רמזים כמו קו הפליטה המדהים הזה יעזור למדענים לחקור את הסביבה הקיצונית הזו יותר לעומק."
טלסקופ החלל קרני גמא פרמי הוא שותפות אסטרופיזיקה ופיזיקה של חלקיקים המנוהלת על ידי גודארד. Fermi פותחה בשיתוף עם משרד האנרגיה האמריקאי, עם תרומות חשובות ממוסדות אקדמיים ושותפים בצרפת, גרמניה, איטליה, יפן, שוודיה וארצות הברית.
