AT 2020afjz (TSS2020a): The First Fast Extragalactic Transient Discovered by TESS

يمتلئ الكون بانفجارات كونية تحدث في طرفة عين، ومع ذلك، ظلت تلسكوباتنا لعقود من الزمن بطيئة للغاية بحيث لا تستطيع رصدها أثناء وقوعها. وبينما درس علماء الفلك منذ فترة طويلة المستعرات العظمى (supernovae) وغيرها من حالات موت النجوم التي تتكشف على مدار أيام أو أسابيع، فإن الأحداث الأسرع — تلك التي تتوهج وتخبو في غضون ساعات معدودة — ظلت غير مرئية إلى حد كبير. تُغذى هذه اللحظات العابرة بفيزياء متطرفة، غالبًا ما تتضمن نفاثات من المادة تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء، ولكن بدون تلسكوب يمكنه مراقبة السماء باستمرار والتقاط صور بسرعة كبيرة، تنزلق هذه الأحداث دون أن تُلاحظ. لقد كان التحدي يكمن في إيجاد طريقة لرصد هذه الومضات التي تستغرق ساعة واحدة قبل أن تتلاشى، وهي مهمة تتطلب مزيجًا فريدًا من الرؤية الواسعة والاهتمام السريع.

لقد تمكن فريق من علماء الفلك الآن من رصد أحد هذه الأحداث المراوغة، مما يمثل تحولًا مهمًا في كيفية مراقبتنا للكون. باستخدام بيانات من قمر "تيس" (TESS) المخصص لمراقبة الكواكب العابرة، اكتشف الباحثون ومضة ضوئية ساطعة في مجرة بعيدة ظهرت وبلغت ذروتها وتلاشت تمامًا في ليلة واحدة. هذا الحدث، الذي أُطلق عليه الرمز AT 2020afjz، هو المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف مثل هذا الانفجار خارج المجرة السريع دون إنذار مسبق من كاشف أشعة غاما. وبدلاً من انتظار وصول تنبيه من قمر صناعي، استخدم الفريق مسارًا برمجيًا جديدًا لغربلة بيانات "تيس" والعثور على الومضة بمفردها. وكانت النتيجة سجلاً مفصلاً لانفجار استمر لمدة ساعتين ونصف تقريبًا عند ذروة سطوعه، مما قدم نظرة نادرة وعالية الدقة على ولادة وموت نفاث نسبي.

بدأ الاكتشاف في نوفمبر 2020، عندما كان قمر "تيس" الصناعي يمسح بقعة من السماء في نصف الكرة الجنوبي. صُمم "تيس" للبحث عن الكواكب من خلال مراقبة النجوم بحثًا عن انخفاضات طفيفة في السطوع، لكن كاميراته قادرة أيضًا على التقاط حالات التوهج المفاجئ. طور الباحثون نظامًا لمعالجة الصور كاملة الإطار التابعة للقمر الصناعي، بحثًا عن أي شيء يتغير بسرعة. وجدوا مصدرًا ارتفع إلى ذروة سطوعه في حوالي ساعة ثم تلاشى، وظل مرئيًا لمدة عشر ساعات تقريبًا قبل أن يختفي في الخلفية. أظهر المنحنى الضوئي، الذي يتتبع السطوع بمرور الوقت، صعودًا بطيئًا وانخفاضًا سريعًا، وهو نمط يختلف عن السلوك المعتاد لمعظم الانفجارات الكونية المعروفة.

لفهم سبب هذا الوميض، تعين على الفريق أولاً تحديد موقعه. ومن خلال مقارنة موقع الومضة مع صور عميقة من تلسكوبات أخرى، حددوا أصله في مجرة باهتة وبعيدة. هذه المجرة هي جزء من زوج من المجرات المتفاعلة، مما يعني أنهما قريبتان بما يكفي للتأثير على بعضهما البعض بجاذبيتهما. وقع الوميض بالقرب من إحدى هاتين المجرتين، والتي تبدو كنظام صغير لتكوين النجوم. المسافة إلى هذه المجرة شاسعة؛ فالضوء الذي نراه غادرها عندما كان الكون أصغر بكثير، وهو ما يتوافق تقريبًا مع انزياح أحمر قدره 0.67. وحقيقة أن الحدث وقع في مجرة لا تزال فيها النجوم تولد تدعم فكرة أنه نتج عن موت نجم ضخم، وهو سيناريو يؤدي غالبًا إلى نفاثات قوية من الطاقة.

لا تزال طبيعة الانفجار لغزًا مع وجود حلين محتملين، وكلاهما يتناسب مع البيانات بشكل متساوٍ. قام الباحثون بنمذجة المنحنى الضوئي باستخدام الفيزياء التي تصف كيفية تفاعل نفاثات المادة مع الفضاء المحيط بها. ووجدوا أن الحدث يمكن تفسيره بإحدى طريقتين. الاحتمال الأول هو أن الانفجار كان "توهجًا يتيمًا" (orphan afterglow)، مما يعني أن النفاث أُطلق في اتجاه لا يشير مباشرة إلى الأرض. في هذا السيناريو، نحن نرى جانب النفاث وليس لبه، مما يفسر سبب ارتفاع الضوء ببطء ولماذا لم يتم اكتشاف انفجار أشعة غاما. أما الاحتمال الثاني فهو أن النفاث كان يشير إلينا، ولكنه كان "متسخًا"، بمعنى أنه كان مسدودًا بالكثير من المادة التي تمنع إنتاج ومضة ساطعة من أشعة غاما. في هذه الحالة، سيكون الانفجار عبارة عن "كرة نارية متسخة"، حيث يتم إطلاق الطاقة ببطء كفلاش بصري ساطع دون العلامة المعتادة للطاقة العالية.

هناك قطعة حاسمة مفقودة من اللغز: لا يستطيع الفريق التأكد مما إذا كانت أشعة غاما قد انبعثت بالفعل. فقد كان القمر الصناعي المصمم للكشف عن هذه الانفجارات عالية الطاقة، "فيرمي-GBM"، محجوبًا بالأرض في اللحظة التي حدث فيها الانفجار تمامًا. وبسبب هذه الفجوة في التغطية، لا يستطيع الباحثون الجزم ما إذا كان الحدث عبارة عن انفجار أشعة غاما حدث ولكنه كان مخفيًا عن الأنظار، أم أنه انفجار أشعة غاما لم يحدث على الإطلاق. هذا اليقين يعني أنهم لا يستطيعون الاختيار بين تفسيري "اليتيم" أو "الكرة النارية المتسخة". ومع ذلك، فإن كلا السيناريوهين يشيران إلى النتيجة نفسها: الحدث كان مدفوعًا بمحرك نسبي، يُرجح أنه ناتج عن انهيار نجم ضخم، لكنه تصرف بشكل مختلف عن الانفجارات النموذجية التي اعتدنا عليها.

تتجاوز أهمية هذا الاكتشاف الحدث ذاته. فهو يثبت أن "تيس"، وهو تلسكوب بُني أساسًا لإيجاد الكواكب، يمكن أن يعمل أيضًا كأداة قوية للعثور على الانفجارات السريعة والنادرة في الكون. ومن خلال استخدام المسار البرمجي الجديد لتحليل بيانات القمر الصناعي، أظهر الفريق أنه يمكننا الآن اكتشاف هذه العوابر التي تستغرق ساعة واحدة دون الحاجة إلى محفز من أشعة غاما. وهذا يفتح الباب للعثور على مجموعة جديدة تمامًا من الأحداث الكونية التي كانت تختبئ في وضح النهار. وبينما لا يستطيع الفريق تحديد عدد هذه الأحداث بدقة حتى الآن، فإن اكتشاف AT 2020afjz يشير إلى أنها موجودة، وتنتظر من يجدها. ومع استمرار البرنامج في مسح المزيد من البيانات من "تيس"، يتوقع علماء الفلك الكشف عن المزيد من هذه اللحظات العابرة، مما يوفر صورة أوضح لأكثر الفيزياء تطرفًا في الكون.

كما تسلط الدراسة الضوء على أهمية التوقيت والدقة. فقد استمر الوميض لمدة 2.4 ساعة فقط فوق نصف سطوعه الأقصى، وهي نافذة قصيرة جدًا لدرجة أنها كانت ستُفقد لو رصدتها تلسكوبات تلتقط الصور مرة واحدة فقط في اليوم. سمحت القدرة على تحليل صعود وهبوط الحدث بهذا التفصيل للباحثين بنمذجة فيزياء الانفجار بدرجة عالية من الثقة. وقد حددوا أن الانفجار حدث في بيئة كثيفة، غالبًا ما تكون سحابة من الغاز والغبار، مما أثر على كيفية انتقال الضوء إلينا. تشير هذه الكثافة إلى أن الانفجار حدث في منطقة تشهد تكوينًا نشطًا للنجوم، وهو ما يتوافق مع موقع المجرة المضيفة.

على الرغم من غياب بيانات أشعة غاما، إلا أن الحدث يوفر معيارًا لفهم هذه العوابر السريعة. فهو يوضح أن ليست كل الانفجارات النسبية تبدو متشابهة، وأن بعضها يمكن اكتشافه من خلال الضوء البصري فقط. ويخطط الباحثون لتطبيق أساليبهم على البيانات المستقبلية من "تيس"، آملين في العثور على المزيد من الأمثلة وفي نهاية المطاف تجميع القصة الكاملة لهذه الأحداث الهادئة من أشعة غاما. وفي الوقت الحالي، يقف AT 2020afjz كشهادة على قوة المراقبة المستمرة وقيمة النظر إلى السماء بعيون جديدة، مما يكشف عن زاوية خفية من الكون كانت في السابق بعيدة المنال.