Time-integrated spectrum analysis of a sample of long, bright gamma-ray bursts using the Fermi telescope

تحليل الطيف المدمج زمنياً لعينة من انفجارات أشعة جاما الطويلة واللامعة باستخدام تليسكوب فيرمي 18

 فاطمة مريع القحطاني, متدربة في برنامج فلك الإثرائي النسخة الثالثة 14

الملخص

تعتبر هذه المقالة العلمية استكشافًا شيقًا لعالم انفجارات أشعة جاما GRB أو (Gamma-ray Burst) ‏ من خلال تحليل طيفي دقيق باستخدام بيانات مراقبة مشاهد أشعة جاما. الهدف هو تعزيز فهمنا لـ GRBs ذات المدى الزمني الطويل والقصير وخصائصها الطيفية المعقدة. تم تصنيفها إلى GRBs ذات المدى الزمني الطويل وأخرى ذات المدى الزمني القصير. تسلط الأبحاث الحديثة الضوء على أهمية حدود المدى الزمني في تصنيف GRBs. سنعرف التحليل الطيفي باستخدام برامج خاصة للطاقات العالية.

الكلمات المفتاحية:

انفجارات أشعة جاما، تلسكوب فيرمي، التحليل طيفي، Xspec

المقدمة: هذا المقال العلمي يبدأ استكشافًا جذابًا لانفجارات أشعة جاما (GRB)، مع استخدام تحليل طيفي دقيق باستعمال بيانات مراقبة انفجارات أشعة جاما. انفجارات أشعة جاما، التي اكتشفت بصدفة لأول مرة بواسطة قمر صناعي فيلا في عام 1967م، تعتبر واحدة من أقوى وأكثر الأحداث الغامضة في الكون. حيث تنبعث من مجرات بعيدة وتتحدى العمليات الحرارية التقليدية والفهم الفلكي. تُصنف هذه الانفجارات إلى انفجارات ذات المدى الزمني الطويل والقصير، حيث يستمر الأولى لبضع ثوانٍ إلى مئات الثواني، والنوع الثاني اقل من ثانيتين، على الرغم من أن المراقبات الحديثة قد طمست حدود بين هاتين الفئتين [1].

1.1 أنواع انفجارات أشعة جاما: انفجارات أشعة جاما ذات المدى الزمني القصير، والتي ترتبط بظواهر مثل اندماج نجمي النيوترون المزدوج، تظهر تنوعًا طيفيًا يميزها عن انفجارات أشعة جاما ذات المدى الزمني الطويل. تكشف المراقبات عن طيف عالي الطاقة متميز في انفجارات أشعة جاما القصيرة مرتبط بمكون طيفي منخفض الطاقة "اصلب" [2] اما انفجارات أشعة جاما ذات المدى الزمني الطويل معروفة بمدة زمنية ممتدة وخصائص طيفية متنوعة. غالبًا ما ترتبط بالمجرات القزمة ومعدلات عالية لتكوين النجوم وانفجار المستعمر الاعظم. تسلط الأبحاث الحديثة الضوء على أهمية المدة الزمنية في تصنيف انفجارات أشعة جاما .[3]

1.2آلية انفجارات أشعة جاما: شكلت الملاحظات المبكرة لانفجارات أشعة جاما تحديات نظرًا لانبعاثاتها عالية الطاقة في مدة زمنية قصيرة  [4]، أن الصدمات الداخلية والخارجية داخل كرة نارية ذات سرعة نسبية يمكن أن تشرح الظاهرة  [5]الصدمات الخارجية عندما تواجه الكرة النارية المواد الخارجية، مما يسهم في الانبعاثات اللاحقة المرصودة عبر موجات متعددة وتساعد الهياكل المشبهة بالأشعة في التوفيق بين متطلبات الطاقة والكميات الملحوظة .[6]

1.3أجهزة تلسكوب انفجارات أشعة جاما: أشعة جاما، بطاقتها العالية للغاية، لا يمكن توجيهها مثل أنواع الضوء الأخرى في التلسكوبات. الأساليب التقليدية لا تعمل، بالإضافة الى ان الغلاف الجوي يمتص معظم أشعة جاما. لذا، تستخدم تلسكوبات أشعة جاما تقنيات ذكية لاكتشافها وتحديد مصادرها.

تلسكوب "سويفت" الذي أُطلق في عام 2004، كان حاسمًا في تطوير فهمنا لانفجارات أشعة جاما. يمتاز بتلسكوب الإنذار السريع لانفجارات أشعة جام  (BAT)الذي يحدد مواقع هذه الانفجارات بسرعة وبدقة مما يمكّن من متابعتها في الأطوال الموجية للأشعة السينية والضوء المرئي. BAT يعمل في نطاق طاقة يتراوح بين 15 و150 كيلو إلكترون فولت ويستخدم قناعًا مشفّرًا لكشف الأشعة بشكل فوري وتحديد مواقعها بدقة.

أما تلسكوب "فيرمي" الذي تم إطلاقه في عام 2008، فقد قدّم تقدمًا كبيرًا في مجال دراسة انفجارات أشعة جاما. يحتوي على جهازين رئيسيين LAT و GBM. يغطي GBM نطاق الطاقة من 8 كيلو إلكترون فولت إلى 40 ميجا إلكترون فولت بينما يمتد LAT المراقبات من 20 ميجا إلكترون فولت إلى 4,300 جيجا إلكترون فولت، ويكتشف أشعة جاما ذات الطاقة العالية في انفجارات أشعة جاما .[7]

1.4برامج التحليل الطيفي: يُستخدم اثنان من الأساليب الرئيسية في تحليل الطيف: التحليل الزمني والتحليل الزمني المحدد. [8] HEASARC، مستودع البيانات الخاص بوكالة ناسا للمهام الفلكية عالية الطاقة، لعب دورًا حاسمًا. وكذلك [9] Gtburst، الذي تم تطويره بواسطة مركز دعم العلوم فيرمي وفريق تلسكوب المنطقة الكبيرة لمعالجة بيانات انفجارات أشعة جاما وضمان سلامتها. [10] XSPEC الإصدار 12.13.1 سمح بنمذجة الطيف التفصيلية باستخدام نماذج رياضية، مما ساهم في تعزيز فهمنا لانفجارات أشعة جاما وانبعاثاتها المعقدة.

الخاتمة: في الختام، قام الفلكيون وعلماء الفلك بتحقيق تقدم كبير في فهم انفجارات أشعة جاما (GRBs)، بما في ذلك أصولها، وتصنيفها، والآليات الكامنة، وراءها. لقد كان تطوير النماذج النظرية مثل نموذج الكرة اللهبية ذو أهمية كبيرة. وقد قامت التلسكوبات المتقدمة مثل فيرمي وسويفت بتحسين كبير في أبحاث GRB من خلال توفير بيانات عبر مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية. وقد زادت أدوات تحليل الطيف مثل XSPEC من فهمنا للفيزياء المعنية. بشكل عام، تستمر أبحاث GRB في تقديم رؤى قيمة حول هذه الأحداث عالية الطاقة.

المراجع:

1. [1]        S. De Wet et al., “The ultra-long GRB 220627A at z = 3.08,” Astron Astrophys, vol. 677, Sep. 2023, doi: 10.1051/0004-6361/202347017.
2. [2]        G. Ghirlanda, G. Ghisellini, L. Nava, and D. Burlon, “Spectral evolution of Fermi/GBM short gamma-ray bursts,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, vol. 410, no. 1. Jan. 2011. doi: 10.1111/j.1745-3933.2010.00977.x.
3. [3]        I. V. Arkhangelskaja, “The sources of long GRBs: Population inhomogeneity or possibility its using as standard candles,” in Journal of Physics: Conference Series, Institute of Physics Publishing, Mar. 2019. doi: 10.1088/1742-6596/1181/1/012050.
4. [4]        P. Mészáros, “The Fireball Model of Gamma-Ray Bursts,” Progress of Theoretical Physics Supplement, no. 143, 2001, doi: 10.1143/PTPS.143.33/1875854.
5. [5]        P. Panaitescu, “IMPACT OF RELATIVISTIC FIREBALLS ON EXTERNAL MATTER : NUMERICAL MODELS OF COSMOLOGICAL GAMMA-RAY BURSTS,” 1997.
6. [6]        em Sari and T. Piran, “GRB 990123: THE OPTICAL FLASH AND THE FIREBALL MODEL,” 1999. [Online]. Available: http://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn.
7. [7]        M. Ackermann et al., “The first Fermi-Lat gamma-ray burst catalog,” Astrophysical Journal, Supplement Series, vol. 209, no. 1, Nov. 2013, doi: 10.1088/0067-0049/209/1/11.
8. [8]        https://heasarc.gsfc.nasa.gov
9. [9]        https://fermi.gsfc.nasa.gov/ssc/data/analysis/scitools/gtburst.html
10. [10]      https://heasarc.gsfc.nasa.gov/xanadu/xspec/
11.