كيف تؤثر أشعة جاما على الحياة على الأرض ولماذا لا نلتقي في حضارات أكثر تقدما منا * البروفيسور أرنون دير
البروفيسور أرنون د
من مجلة التخنيون، 2001، بإذن من المتحدثة باسم التخنيون
ونشأ سديم السرطان نتيجة انفجار مستعر أعظم، وصل ضوؤه إلى الأرض لأول مرة عام 1054م. وحدث الانفجار على مسافة 6000 سنة ضوئية من الأرض (أي أن الضوء استغرق 6000 سنة ليصل من مكان الانفجار إلى الأرض). وفي المركز، ترك الانفجار نجمًا نيوترونيًا مزرقًا (في الصورة) ينبعث منه نفاثات من الإشعاع.
يدور النجم النيوتروني حول محوره 30 مرة في الثانية، وتمر نفثته الضوئية بالأرض مرة واحدة في الثانية. وتم الحصول على الصورة من التلسكوب العملاق الذي يبلغ قطره 10 أمتار على منطقة كيشك، والذي يقع على قمة هيرماونا كي في هاواي على ارتفاع 4.5 كم.
علم الأحياء الفلكي في التخنيون
بقلم البروفيسور أرنون د
كيف بدأت الحياة على الأرض؟ هل توجد حياة في مكان آخر من الكون؟ كيف بدأت الحياة في الكون؟ ما هو مستقبل الحياة على الأرض وفي الكون؟
إن البحث عن إجابات علمية لهذه الأسئلة يقع في قلب علم الأحياء الفلكي - وهو علم جديد متعدد التخصصات يتطور بسرعة كبيرة في العالم، وكذلك في التخنيون. الأبحاث في علم الأحياء الفلكي أجريت في السنوات الأخيرة في كلية الفيزياء ومعهد أبحاث الفضاء في التخنيون، من قبل الأساتذة أرنون دار، آري لاؤور، شلومو دادو والدكتور نير شابيف في أطروحته للدكتوراه، بالتعاون مع علماء أجانب من أوروبا يثير مركز الأبحاث في جنيف ومعهد ماكس بلانك في ميونيخ اهتمام العديد من العلماء ويحظى بتغطية تلفزيونية وفي الصحافة الدولية. ومن بين أمور أخرى، تم تضمينها في فيلم وثائقي بريطاني تم إنتاجه مؤخرًا لقنوات تلفزيون ناشيونال جيوغرافيك وتم عرضه في إنجلترا.
تتناول هذه الدراسات واحدة من أكثر الألغاز الرائعة في الفيزياء الفلكية - أصل رشقات إشعاع جاما التي تصل إلينا في المتوسط مرة واحدة يوميًا من حافة الكون، وعواقبها على تطور الحياة على الأرض وفي الكون بأكمله. .
تم اكتشاف انفجارات إشعاع جاما بالصدفة من خلال أقمار التجسس التي أطلقتها الولايات المتحدة في الستينيات للتحقق مما إذا كان الاتحاد السوفيتي يجري تجارب نووية في الفضاء في انتهاك للمعاهدة التي وقع عليها والتي تحظر وجودها. لم تكن هوية انفجارات أشعة جاما وموقعها الدقيق وطريقة إنتاج التدفقات الإشعاعية الهائلة معروفة حتى وقت قريب. لكن المعلومات التي تم جمعها من الأقمار الصناعية التي تم إطلاقها في السنوات الأخيرة ومن التلسكوبات الضوئية والإذاعية، وهي الأكبر على الإطلاق على الأرض، تشير إلى أن انفجارات أشعة جاما تحدث في المجرات البعيدة، مرة كل 100 مليون سنة، في انفجارات هائلة تسمى المستعرات الأعظم، حيث النجوم النيوترونية والنجوم السوداء. تولد الثقوب.. وبسبب كثرة المجرات في الكون، فإن هذه الانفجارات الضخمة، التي تنطلق فيها طاقة تعادل الطاقة التي تنتجها جميع النجوم الموجودة في الكون في نفس الوقت، تحدث في السماء مرة أو مرتين في اليوم. وبسبب المسافات الكبيرة في الكون، فإن شدة الإشعاع الذي يصل إلينا عادة ما تكون صغيرة بما فيه الكفاية، بحيث يمتصها الغلاف الجوي للأرض، الذي يحمينا من الإشعاع الكوني.
حتى وقت قريب، كانت الآلية الدقيقة لتوليد انفجارات إشعاعات جاما موضع جدل علمي. اقترحت آلاف المقالات المنشورة في الأدبيات المهنية على مدار الثلاثين عامًا الماضية آليات مختلفة ومتنوعة، والتي تم اختبارها وفشلت.
ومع ذلك، فإن الآلية التي اقترحتها مجموعة التخنيون، والتي بموجبها يتم إنشاء رشقات من إشعاعات جاما بواسطة نفاثات ضخمة من المادة المقذوفة في انفجارات المستعرات الأعظم أثناء ولادة الثقوب السوداء، تم تأكيدها من قبل
أدلة رصدية جديدة. علاوة على ذلك، فإن آلية نشوء انفجارات إشعاع جاما تشرح كيف أن الحياة على سطح الكواكب تُمحى بالكامل تقريبًا مرة كل 100 مليون سنة، ولماذا ربما لم نكتشف علامات الحياة من الحضارات التي سبقتنا بمليارات السنين حتى الآن .
وتشير الأدلة الجيولوجية إلى أن الحياة على الأرض بدأت منذ حوالي 3,500 مليون سنة، بعد تكوين النظام الشمسي والأرض. أصل الحياة على الأرض غير واضح ولا نعرف حتى الآن ما إذا كانت الخلايا الحية الأولى قد تم إنشاؤها هنا أو تم إحضارها إلى هنا عن طريق النيازك. إن السجل الجيولوجي لتطور الحياة على الأرض منذ بدايتها وحتى حوالي 500 مليون سنة مضت كان غير واضح بسبب التغيرات التي حدثت على الأرض. لكن السجل الجيولوجي للخمسمائة مليون سنة الماضية أكثر وضوحا.
الصورة التي تم الحصول عليها منها هي ذات لون متزايد مع مرور الوقت لأنواع النباتات والحيوانات، والتي تنقطع بوحشية من وقت لآخر بسبب الانقراض شبه الكامل لجميع أنواع الحياة التي تطورت في هذه الأثناء في القارات وفي البحار. . لقد حدثت حالات انقراض شبه كاملة للحياة في المتوسط مرة واحدة كل 100 مليون سنة خلال الـ 500 مليون سنة الماضية. آخر انقراض شبه كامل حدث منذ حوالي 65 مليون سنة. وفي الانقراض، اختفت الديناصورات التي حكمت الأرض خلال أكبر انقراض في تاريخ الأرض قبل حوالي 257 مليون سنة، حتى انقرضت قبل حوالي 65 مليون سنة. ومع الديناصورات، اختفى حوالي 70% من أشكال الحياة التي كانت تسكن القارات والمحيطات خلال فترة زمنية قصيرة. حدثت حالات انقراض الحياة هذه، جزئيًا، عندما اصطدمت النيازك الضخمة بالأرض، وانفجارات بركانية هائلة، وتراجع مياه المحيطات، وتغيرات مناخية جذرية.
ويتزامن انقراض الديناصورات مثلا مع نشوء حفرة ضخمة مخبأة تحت شبه جزيرة يوكاتان وعندما تعرضت المكسيك لغزو كويكب يبلغ قطره نحو 20 كيلومترا هناك قبل نحو 65 مليون سنة. وفي نفس الوقت حدث أيضًا أحد أكبر الانفجارات البركانية في تاريخ الأرض، والذي غطى جزءًا كبيرًا من الهند بـ 3 ملايين كيلومتر مكعب من الحمم البركانية ويعرف باسم مصائد ديكان، وفي ذلك الوقت كانت هناك مناخات عالمية تغيرات وتراجع جذري في مستوى مياه المحيطات. ولا يزال سبب الجمع بين كل هذه الأحداث غير معروف.
اقترحت مجموعة التخنيون أن مثل هذه المجموعات من الأحداث يمكن أن تكون ناجمة عن النفاثات العملاقة الناتجة عن الانفجارات التي تنتج رشقات نارية من إشعاع غاما، إذا حدثت الانفجارات في مجرتنا وكانت النفاثات الناتجة عن الانفجار تواجهنا. ويمكن تقدير فرصة حدوث ذلك بسهولة من خلال عدد المجرات في الكون والمعدل المرصود لانفجارات أشعة جاما. هذه الفرصة هي واحدة كل 100 مليون سنة وتتوافق مع تكرار الانقراضات الجماعية للحياة التي حدثت في آخر 500 مليون سنة على الأرض.
ووفقا لنظرية مجموعة التخنيون، فإن النجوم الثقيلة جدا تستهلك بسرعة الوقود النووي الموجود في مركزها. وعندما ينتهي الاحتراق النووي هناك، لا يستطيع النجم تحمل ضغط جاذبيته وينهار. ويتمكن الانفجار الناتج من تفجير قشرته الخارجية ويسبب ظاهرة المستعر الأعظم، والتي يمكن ملاحظتها من جميع الاتجاهات. لكن الطبقات الداخلية للنجم لا تذهب بعيداً في الانفجار ويتم امتصاصها مرة أخرى إلى المركز بفعل قوة الجاذبية. إنهم ينتجون هناك ثقبًا أسودًا، يُطلق مقذوفات من المادة بسرعة تعادل تقريبًا سرعة الضوء، على طول محور دورانه. تصل هذه التدفقات إلى الوشاح المتوسع، وتخترقه وتنتج رشقات من إشعاع جاما في اتجاه حركة النفاثات في الاصطدام الهائل.
لا يتم ملاحظة رشقات إشعاع جاما من الأرض إلا إذا تم توجيه التدفق نحو الأرض. تحدث مثل هذه الانفجارات في مجرتنا مرة واحدة كل 100 عام، لكن نفاثات الانفجار تصل إلينا مرة واحدة فقط كل 100 مليون عام. إن الطاقة التي تحملها الطائرة هائلة جدًا لدرجة أن الطائرة تتدفق عبر الوسط بين النجوم وتعبر مجرتنا دون الانحراف عن اتجاهها. إذا مرت الطائرة عبر النظام الشمسي، فيمكنها تحويل الكويكبات من حزام الكويكبات أو سحابة أورت في النظام الشمسي إلى مسار تصادمي مع الأرض. إن أشعة جاما التي تسبق التدفق قوية جدًا لدرجة أنها يمكن أن تسبب تغيرات قاتلة في الغلاف الجوي للأرض.
ويتسبب النفاث الذي يتبعهم في الدمار الرئيسي وتدمير الحياة على الأرض وتحت الأرض وفي المحيطات من خلال اختراق الإشعاعات التي تنتجها عند اصطدامها بالغلاف الجوي للأرض. هل نحن في خطر مباشر من انفجار أشعة جاما في مجرتنا؟ النجوم الثقيلة جدًا التي من المقرر أن تنهي حياتها في انفجار مستعر أعظم وتطلق نفاثات كونية قاتلة في مجرتنا هي نجوم شديدة السطوع يسهل رصدها نسبيًا. ومن المعروف في مجرتنا ثلاثة نجوم أنه خلال فترة كونية قصيرة نسبيا -حوالي مليون سنة- ستنتج مثل هذا الانفجار، لكن محور دورانها والنفاثات التي ستنبعث منها لن يتم توجيهها في اتجاه الأرض. لن نتضرر منها، لكن الحضارات الأخرى، إذا وجدت على كواكب أخرى في مجموعات شمسية أخرى على طريق تقدم هذه النفاثات وقريبة بما فيه الكفاية من مكان الانفجار، سوف تُفنى.
لن يتفاجأ أرنون دير، الشريك في هذه الدراسات، إذا كشفت دراسات المجموعة عن مفارقة كونية شديدة - النظام الشمسي والمواد التي نصنع منها نحن والأرض تم إنشاؤها في انفجار سوبر نوفا في بيئتنا منذ حوالي 5 مليارات سنة منذ. نفاثات من انفجار مستعر أعظم آخر في مجرتنا
قد يؤدي في النهاية إلى القضاء على الحياة على كوكبنا التي أنتجها مستعر أعظم سابق.
في الصورة: نفاثتان نسبيتان تخرجان في اتجاهين متعاكسين من الثقب الأسود الموجود في مركز الكوازار 175C3 (في الوسط) الذي يبعد عنا حوالي 10 مليارات سنة ضوئية. عندما تتوقف النفاثات، بعد أن يتم دفعها بواسطة الوسط بين المجرات على طول مدار يبلغ حوالي مليون سنة ضوئية، فإنها تنتج فصين لامعين. والنفاثات التي تبتعد عنا غير مرئية لأن إشعاعها يتركز في مخروط ينفتح في الاتجاه المعاكس لنا.
تم التقاط الصورة بطول موجي 6 سم بمساعدة أكبر تلسكوب راديوي في العالم VLA المتمركز على الأرض في ولاية نيو مكسيكو بالولايات المتحدة الأمريكية.
