كيف حطّم OP 313 الرقم القياسي لأبعد بلازار مرصود بأشعة غاما عالية الطاقة؟

النتيجة الأبرز: رقم قياسي كوني

كشفت مشاهدات تعاون CTAO LST وتعاون MAGIC أن الجسم الفلكي OP 313، وهو كوازار راديوي ذو طيف مسطح وبانزياح أحمر قدره 0.997، يُعد أبعد بلازار رُصد حتى الآن عند نطاق أشعة غاما عالية الطاقة جدًا، أي عند طاقات تتجاوز 100 غيغا إلكترون فولت.

وخلال التوهج الذي شهده المصدر في ديسمبر 2023، قاس تلسكوب LST-1 وتلسكوبا MAGIC انبعاثًا مهمًا عند هذه الطاقات، بلغ نحو 0.3 وحدة من وحدات سديم السرطان فوق 100 غيغا إلكترون فولت، مع أن OP 313 يقع على مسافة تقارب 8 مليارات سنة ضوئية. 3

كيف التقطت التلسكوبات الإشارة؟

بدأت المتابعة بعدما أرسل تلسكوب Fermi-LAT الفضائي تنبيهًا بارتفاع نشاط OP 313. وقد ساعدت العتبة الطاقية المنخفضة والمساحة الفعالة الكبيرة لـ LST-1 على جعل هذا الرصد ممكنًا، بينما دعمت مشاهدات MAGIC القياس ووسّعته.

ولا ترصد هذه التلسكوبات أشعة غاما مباشرة بالطريقة التقليدية؛ إذ تستدل عليها من وميض إشعاع تشيرينكوف ومن زخات الجسيمات القصيرة التي تُحدثها الفوتونات عند دخول الغلاف الجوي للأرض. 73

ضوءٌ سافر منذ كونٍ أكثر شبابًا

يعني الانزياح الأحمر البالغ 0.997 أن الفوتونات التي وصلت إلى التلسكوبات اليوم غادرت OP 313 عندما كان الكون أصغر سنًا بكثير. وقد قطعت هذه الإشارات رحلتها عبر الفضاء لنحو 8 مليارات سنة، في حقبة تلت ذروة تشكّل النجوم المعروفة باسم الظهيرة الكونية.

ويخص هذا الرقم القياسي تحديدًا أبعد بلازار أو نواة مجرية نشطة مرصودة عند نطاق الطاقات العالية جدًا، وليس بالضرورة أبعد مصدر عابر من أي نوع في هذا النطاق. 31

الأشعة تكشف ضوء النجوم والمجرات

خلال رحلتها الطويلة، اصطدمت بعض أشعة غاما عالية الطاقة جدًا بفوتونات ضوء تتراوح أطوالها الموجية بين البصرية وتحت الحمراء. وينتمي هذا الإشعاع إلى ما يُعرف باسم ضوء الخلفية خارج المجرات (EBL)، وهو الضوء المتراكم الذي خلّفته النجوم والمجرات عبر تاريخ الكون.

وعندما تكون طاقة التصادم مناسبة، يمكن أن يتحول فوتون غاما وفوتون من ضوء الخلفية إلى زوج من الجسيمات: إلكترون وبوزيترون. وتؤدي هذه العملية إلى إزالة جزء من أشعة غاما من الحزمة الواصلة إلى الأرض، فتظهر بصمة امتصاص تعتمد على الطاقة.

ومن خلال نمذجة الطيف الأصلي للمصدر مع بيانات Fermi وLST-1 وMAGIC، تمكن الباحثون من وضع حدود عليا قوية لكثافة ضوء الخلفية خارج المجرات. وأعطى تحليل بيانات LST-1، على سبيل المثال، حدًا أعلى يبلغ:

λIλ < 8.74 نانوواط لكل متر مربع لكل ستراديان عند طول موجي قدره 0.6 ميكرومتر. 3

ما الذي أشعل التوهج؟

تتوافق البيانات متعددة الأطوال الموجية مع سيناريو تُنتج فيه إلكترونات شديدة النسبية داخل النفاثة البلازمية لـ OP 313 أشعة غاما عبر تشتت كومبتون العكسي. وفي هذه العملية، ترفع الإلكترونات طاقة الفوتونات الأقل طاقة إلى نطاق غاما.

وتتجه النفاثة قريبًا من خط نظرنا، لذلك يؤدي التسريع النسبي للحزمة إلى جعل الانبعاث يبدو ساطعًا بصورة استثنائية من الأرض. 3

اختبار مهم لـ LST-1 ومستقبل رصد غاما

لا تقتصر أهمية النتيجة على الرقم القياسي؛ فهذا أول اكتشاف علمي يحققه LST-1 بينما كان لا يزال في مرحلة التشغيل التجريبي. ويبرهن ذلك على قدرة النموذج الأولي على الوصول إلى نطاق الطاقات العالية جدًا المنخفضة، وهو نطاق حاسم لرصد المصادر البعيدة التي يضعفها ضوء الخلفية خارج المجرات بشدة.

ومن المقرر افتتاح المصفوفة الشمالية التابعة لمرصد CTAO في لا بالما في 15 أكتوبر، مع أربعة تلسكوبات LST. ويُتوقع أن تصل هذه المنظومة إلى طاقات تقارب 20 غيغا إلكترون فولت، ما قد يتيح البحث عن مصادر أشعة غاما أبعد من OP 313. 1245