تلسکوپ ناسا: کشف نابودی ضد ماده در بزرگترین انفجار از زمان بیگ بنگ

به همین دلیل است که این انفجار پرتو گاما ‘روشن ترین تمام دوران’ یا ‘BOAT’ نامیده می شود.

تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی ناسا آنچه را که ممکن است قوی‌ترین انفجار از زمان بیگ بنگ بوده، مورد بررسی قرار دهد و یک ویژگی تا به حال دیده نشده را کشف کرده است. این ویژگی می تواند نتیجه ی نابودی ذرات ماده و پادماده با سرعت ۹۹.۹ درصد نور باشد.

این انفجار نمونه ای از انفجار پرتو گاما (GRB) بود. هنگامی که برای اولین بار در ۹ اکتبر ۲۰۲۲ توسط تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی ناسا و رصدخانه سوئیفت نیل گرلز مشاهده شد، GRB 221009A نامگذاری شد. قدرت GRB به زودی آشکار شد و نام مستعار «روشن‌ترین تمام دوران» یا «BOAT» را به خود اختصاص داد.

Wen-fai Fong، دانشیار فیزیک و نجوم و رهبر GRB: ‘تا زمانی که ما قادر به شناسایی GRB ها بوده ایم، شکی نیست که این GRB درخشان ترین است که تا به حال با ضریب ۱۰ یا بیشتر شاهد بوده ایم.’ گروه فونگ در نورث وسترن و یکی از کاشفان BOAT درباره زمانی توضیح دادند که این BOAT بسیار درخشان به نظر می رسید.

دانشمندان بر این باورند که قایق توسط یک انفجار ابرنواختر پرتاب شد که با مرگ و فروپاشی یک ستاره عظیم در فاصله حدود ۲.۴ میلیون سال نوری از ما همراه بود. این رویداد احتمالاً سیاهچاله ای را در پی خود بر جای گذاشته است.

ماریا ادویگ راواسیو، سرپرست تحقیقات از دانشگاه رادبود، در بیانیه‌ای گفت: چند دقیقه پس از فوران قایق، مانیتور انفجاری پرتو گامای فرمی اوج انرژی غیرمعمولی را ثبت کرد که توجه ما را به خود جلب کرد. زمانی که من برای اولین بار آن سیگنال را دیدم، به من ضربه زد. تجزیه و تحلیل ما از آن زمان نشان می دهد که این اولین خط انتشار با اطمینان بالا است که تا کنون در ۵۰ سال مطالعه GRB ها دیده شده است.

فرمی در BOAT چه چیزی پیدا کرد؟

اولین انفجار پرتو گاما در سال ۱۹۶۷ توسط ماهواره های Vela ایالات متحده مشاهده شد. دو سال بعد رسماً مستند شد، سپس در سال ۱۹۷۳ برای عموم آشکار شد.

از آن زمان، دانشمندان تعداد زیادی از GRB ها را شناسایی کرده اند، و مشخص کردند که این فلش های کوتاه نور منشأ کیهانی دارند و قوی ترین و شدیدترین انفجارها در جهان شناخته شده هستند. رایج‌ترین نوع GRB زمانی اتفاق می‌افتد که ستارگانی با جرم حداقل هشت برابر خورشید، سوخت مورد نیاز برای همجوشی هسته‌ای در هسته‌شان تمام می‌شود و دیگر قادر به مقابله با فشار گرانش خود به داخل نیستند. بنابراین هسته آنها فرو می ریزد. این یک سیاه‌چاله چرخان ایجاد می‌کند که ماده را به قطب‌هایش هدایت می‌کند و آن را به عنوان جت‌هایی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند، منفجر می‌کند.

هنگامی که این جت ها مستقیماً به سمت زمین نشانه می روند، آنها را به عنوان GRB می بینیم.

GRB ها به قدری قدرتمند هستند که اگر یکی در فاصله چند هزار سال نوری زمین فوران کند، می تواند با ایجاد اختلال یا تخریب جو، حیات را در سیاره ما از بین ببرد. با این حال، حتی در میان همه این رویدادهای وحشتناک، BOAT تقریباً بلافاصله برجسته شد.

دانشمندان در نهایت با استفاده از آمار مربوط به سایر GRB های مشاهده شده، مشخص کردند که رویدادی به قدرتمند و درخشان BOAT فقط هر ۱۰۰۰۰ سال یک بار در آسمان زمین قابل مشاهده است. آنها همچنین دریافتند، علیرغم اینکه BOAT در فاصله ۲.۴ میلیارد سال نوری از ما اتفاق افتاده است، در واقع بر جو زمین تأثیر گذاشته است.

در ۹ اکتبر ۲۰۲۲، نور پرانرژی پرتو گاما از قایق، بیشتر آشکارسازهای پرتو گاما را در مدار، از جمله آشکارسازهای موجود در فرمی، اشباع کرد. این در واقع از اندازه گیری قدرت واقعی انفجار در شدیدترین نقطه مدت آن جلوگیری کرد. با این حال، حدود پنج دقیقه پس از شناسایی قایق، آنقدر کم نور شد که به فرمی اجازه داد دوباره آن را ببیند. تلسکوپ پرتو گامای ناسا یک ویژگی عجیب یا ‘طیف’ را در نور خود دید که ‘خط انتشار احتمالی’ نامیده می شود.

هنگامی که نور از ماده عبور می کند، به دلیل اینکه عناصر نور را در فرکانس های خاصی جذب و منتشر می کنند، جذب و انتشار «اثرانگشت» بر روی این نور می گذارند. این بدان معنی است که دانشمندان می توانند عناصری را که نور از آنها عبور می کند بازسازی کرده و ترکیبات شیمیایی اجسامی را که با آنها تعامل داشته است را تعیین کنند.

اوم شاران سلفیا، عضو تیم INAF، اظهار داشت: در حالی که برخی از مطالعات قبلی شواهد احتمالی برای ویژگی‌های جذب و انتشار در سایر GRBها گزارش کرده‌اند، بررسی‌های بعدی نشان داد که همه این موارد تنها می‌توانند نوسانات آماری باشند. آنچه ما در BOAT مشاهده می‌کنیم متفاوت است.” این بیانیه از رصدخانه بررا در میلان صادر شده است. ما مشخص کرده‌ایم که احتمال اینکه این ویژگی فقط یک نوسان نویز باشد، کمتر از یک شانس در نیم میلیارد است.

NASA1 1 — تصویری از ابرنواختری که قایق را پرتاب کرد، انفجار پرتو گاما که قوی‌ترین انفجار کیهانی از زمان انفجار بزرگ است (اعتبار تصویر: آرون ام. گلر / شمال غربی / CIERA / خدمات محاسباتی و داده‌ای تحقیقاتی فناوری اطلاعات.)

خط انتشاری که فرمی در نور قایق مشاهده کرد حدود ۴۰ ثانیه طول کشید و به اوج انرژی ۱۲ میلیون الکترون ولت (MeV) رسید. انرژی نور در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی بین دو تا سه الکترون ولت (eV) است.

محققان فکر می کنند که می دانند چه چیزی باعث این ویژگی شده است. هر ذره ماده یک ذره ضد ماده «دوقلو» دارد. هنگامی که این ذرات به هم می رسند، از بین می روند و انرژی خود را به جهان باز می گردانند. این امکان وجود دارد که ویژگی طیفی که تیم در قایق دیدند از الکترون‌ها و معادل‌های پادماده آن‌ها، پوزیترون‌ها، ناشی می‌شود.

یکی از اعضای تیم، گور اوگانسیان از مؤسسه علمی گرن ساسو، در بیانیه ای گفت: وقتی یک الکترون و یک پوزیترون با هم برخورد می کنند، از بین می روند و یک جفت پرتو گاما با انرژی ۰.۵۱۱ مگا ولت تولید می کنند. از آنجایی که ما به جت نگاه می کنیم، جایی که ماده با سرعت نزدیک به نور در حال حرکت است، این تابش به شدت به آبی تغییر می کند و به سمت انرژی های بسیار بالاتر رانده می شود.

اگر حق با تیم باشد، ذرات باید قبل از اینکه یکدیگر را از بین ببرند، با حدود ۹۹.۹ درصد سرعت نور حرکت می کردند.

الیزابت هیز، یکی از اعضای تیم، دانشمند پروژه فرمی در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در بیانیه‌ای گفت: پس از دهه‌ها مطالعه این انفجارهای کیهانی باورنکردنی، ما هنوز جزئیات عملکرد این جت‌ها را درک نمی‌کنیم. ‘یافتن سرنخ هایی از این دست قابل توجه است.’

تحقیقات این تیم روز جمعه (۵ مرداد) در مجله Science منتشر شد.