عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
المصدر: روبرت ليا (Created with Canva)
اكتشف العلماء أن انفجارات غامضة من الطاقة تسمى الانفجارات الراديوية السريعة (FRBs) قد تنشأ عندما تصطدم الكويكبات بنجوم ميتة شديدة الكثافة تسمى النجوم النيوترونية. ويطلق مثل هذا الاصطدام طاقة كافية لتزويد البشرية باحتياجاتها من الطاقة لمدة 100 مليون سنة!
الدفقات الراديوية السريعة هي نبضات عابرة من موجات الراديو التي يمكن أن تستمر من جزء من المللي ثانية إلى بضع ثوان. في هذه الفترة، يمكن للتدفقات الراديوية السريعة أن تطلق نفس كمية الطاقة التي قد تستغرقها الشمس عدة أيام لتشعها.
تمت ملاحظة أول تدفق FRB في عام 2007، ومنذ ذلك الحين، حافظت انفجارات الطاقة هذه على هالة من الغموض لأنه لم يتم اكتشافها بشكل متكرر حتى عام 2017. كان ذلك هو العام الذي ظهرت فيه تجربة رسم خرائط كثافة الهيدروجين الكندية (CHIME) على الإنترنت وبدأت في إجراء اختبارات متكررة. اكتشافات FRB
“التدفقات الراديوية السريعة تتحدى التفسير حتى الآن، مع وجود أكثر من 50 فرضية محتملة حول مصدرها – لقد قمنا بإحصائها!” وقال قائد الفريق وعالم جامعة تورنتو دانغ فام لموقع Space.com.
لقد تم اقتراح العلاقة المحتملة بين الدفقات الراديوية السريعة والكويكبات، وكذلك المذنبات التي تصطدم بالنجوم النيوترونية، من قبل. هذا البحث الجديد الذي أجراه فام وزملاؤه يعزز هذا الارتباط.
وقال فام: “من المعروف منذ سنوات عديدة أن اصطدام الكويكبات والمذنبات بالنجوم النيوترونية يمكن أن يسبب إشارات تشبه الدفقات الراديوية السريعة، ولكن حتى الآن، لم يكن من الواضح ما إذا كان هذا قد حدث في كثير من الأحيان بما يكفي في جميع أنحاء الكون لتفسير المعدل الذي نلاحظ به حدوث الدفقات الراديوية السريعة”. . “لقد أظهرنا أن الأجسام بين النجوم (ISOs)، وهي فئة من الكويكبات والمذنبات التي لم تتم دراستها والتي يُعتقد أنها موجودة بين النجوم في المجرات في جميع أنحاء الكون، يمكن أن تكون عديدة بما يكفي بحيث يمكن لتأثيراتها على النجوم النيوترونية أن تفسر الدفقات الراديوية السريعة!”
وأضاف فام أن بحث الفريق أظهر أيضًا أن الخصائص المتوقعة الأخرى لهذه التأثيرات تتوافق مع ملاحظات الدفقات الراديوية السريعة مثل فتراتها وطاقاتها ومعدل حدوثها على مدار عمر الكون.
والسؤال هو: على الرغم من أن اصطدامات الكويكبات يمكن أن تكون مدمرة (فقط اسأل الديناصورات)، كيف يمكن أن تطلق نفس الكمية من الطاقة التي يستغرقها النجم لأيام ليشعها؟
النجوم المتطرفة تعني انفجارات شديدة
يتم إنشاء النجوم النيوترونية عندما تموت النجوم الضخمة وتنهار مراكزها، مما يؤدي إلى تكوين أجسام كثيفة تعادل كتلة الشمس، محشورة في عرض لا يزيد عن عرض مدينة متوسطة على الأرض.
والنتيجة هي بقايا نجمية ذات خصائص شديدة، مثل المادة الأكثر كثافة في الكون المعروف (ملعقة صغيرة واحدة تزن 10 ملايين طن إذا جلبت إلى الأرض) والمجالات المغناطيسية التي هي الأقوى في الكون، أقوى تريليونات المرات من المجال المغناطيسي للأرض. الغلاف المغناطيسي.
“النجوم النيوترونية هي أماكن متطرفة، حيث أن كتلة الشمس محصورة في كرة يبلغ عرضها حوالي 12 ميلاً (20 كم)، مما يمنحها بعضًا من أقوى مجالات الجاذبية والمغناطيسية في الكون”، كما يقول عضو الفريق وعالم الفيزياء الفلكية بجامعة أكسفورد ماثيو هوبكنز. قال Space.com. “وهذا يعني أنه يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة الكامنة عندما يسقط كويكب أو مذنب على أحد الكويكبات، في شكل وميض من موجات الراديو مشرقة بما يكفي لرؤيتها في جميع أنحاء الكون.”
إذًا، ما مقدار الطاقة التي نتحدث عنها هنا؟ للنظر في هذا، دعونا نستبدل كويكبًا بشيء أجمل.
كرة زرقاء لامعة بجوار مكعب وردي غير منتظم
وفقًا لمركز غودارد للطيران التابع لناسا، إذا تم إسقاط قطعة مارشميلو ذات الحجم الطبيعي على سطح نجم نيوتروني، فإن تأثير جاذبية النجم الميت يكون كبيرًا جدًا لدرجة أن العلاج سيتسارع إلى سرعة ملايين الأميال في الساعة. وهذا يعني أنه عندما يضرب المارشميلو النجم النيوتروني، فإن الاصطدام يطلق طاقة تعادل انفجار ألف قنبلة هيدروجينية في وقت واحد!
يعتمد مقدار الطاقة التي يطلقها اصطدام الكويكب/النجم النيوتروني على عدة عوامل.
وأضاف هوبكنز: “تعتمد الطاقة المنطلقة على حجم الكويكب وقوة المجال المغناطيسي على النجم النيوتروني، وكلاهما يمكن أن يختلف كثيرًا، بعدة مراتب من حيث الحجم”. “بالنسبة لكويكب يبلغ عرضه 0.62 ميل (1 كم) ونجم نيوتروني بقوة مجال مغناطيسي سطحي تزيد عن تريليون مرة من قوة المجال المغناطيسي للأرض، فإننا نحسب الطاقة المنطلقة بحوالي 10^29 جول (أي 10 متبوعة بـ 28 صفرًا) ).
“وهذا رقم ضخم، حوالي مائة مليون ضعف الطاقة التي استخدمتها البشرية جمعاء على مدار عام!”
من الواضح أن الكويكبات التي تصطدم بالنجوم النيوترونية يمكن أن تطلق ما يكفي من الطاقة لتفسير التدفقات الراديوية السريعة، ولكن هل هذه الاصطدامات متكررة بما يكفي لحساب ملاحظات التدفقات الراديوية السريعة؟
هل يمكن للكويكب أن “يهاجم” النجوم النيوترونية لإنشاء تدفقات FRB متكررة؟
اكتشف علماء الفلك تدفقات FRBs من جميع أنحاء السماء، ويقدر بعض العلماء أن 10000 تدفق FRBs يمكن أن تحدث في نقاط عشوائية في السماء فوق الأرض كل يوم. إذا كان هذا الفريق على حق، فهذا يعني الكثير من الاصطدامات بين النجوم النيوترونية والكويكبات.
ومن المؤكد أن الصخور بين النجوم وفيرة بدرجة كافية في درب التبانة لتفسير هذا المعدل؛ هناك حوالي 10^27 (10 متبوعة بـ 26 صفراً) في مجرتنا وحدها. ولكن كم مرة تواجه هذه النجوم النيوترونية؟
وقال فام: “إن الاصطدام بين نجم نيوتروني وجسم بين النجوم أمر نادر الحدوث. ونقدر أنه يحدث حوالي تصادم واحد كل 10 ملايين سنة في درب التبانة”. “ومع ذلك، هناك العديد من النجوم النيوترونية في المجرة، وهناك العديد من المجرات! مجتمعة، نجد أن معدل اصطدام النجوم النيوترونية بالأجسام بين النجوم في الكون يمكن مقارنته بمعدلات FRB المرصودة حاليًا.”
بالإضافة إلى ذلك، أشار الباحث إلى أن عدد النجوم النيوترونية والأجسام البينجمية يزداد مع عمر الكون. وهذا يعني أن معدل اصطدام النجوم النيوترونية والأجسام بين النجوم يجب أن يزيد أيضًا مع مرور الوقت الكوني.
وقال فام: “إذا كان هذا النموذج صحيحا، فيجب أن نلاحظ زيادة معدلات التدفقات الراديوية السريعة مع تقدم عمر الكون”. “يظل هذا سؤالًا بحثيًا مفتوحًا ويمكن الاستفادة من المزيد من الملاحظات!”
تُظهر هذه الصورة موقع رشقات الراديو السريعة عبر سماء الليل.
وحتى لو كانت هذه النظرية صحيحة، فإنها لا تجيب على كل شيء يتعلق بالتدفقات الراديوية السريعة. ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود نوعين من هذه الانفجارات النشطة للموجات الراديوية.
لقد كنا نتحدث حتى الآن عن الدفقات الراديوية السريعة ذات الحدث الواحد. ومع ذلك، هناك أيضًا تدفقات FRB متكررة تنطلق أكثر من مرة. هل يمكن أن تفسر توغلات الكويكبات أيضًا تكرار الدفقات الراديوية السريعة؟
وأوضح هوبكنز: “وجدنا أن هذا النموذج لا يمكنه تفسير تكرار التدفقات الراديوية السريعة، لأن اصطدام نجم نيوتروني بصخرة بين النجوم هو حدث عشوائي نادر”. “من النادر أن يصطدم نجم نيوتروني فردي بجسم بين النجوم. وبالمقارنة، تحدث الدفقات الراديوية السريعة المتكررة بشكل عام بمعدل أسرع بكثير، مع ملاحظة أن بعضها يصل إلى سرعة دفقتين في الساعة!”
اقترحت الأبحاث السابقة أنه إذا كانت الدفقات الراديوية السريعة أحادية الحدوث ناجمة عن اصطدامات بين نجم نيوتروني وكويكب، فإن تكرار الدفقات الراديوية السريعة يمكن أن يمثل اصطدام هذه النجوم الميتة بحزام الكويكبات، مثل ذلك الموجود في نظامنا الشمسي بين المريخ والمشتري.
وقال فام: “لا تزال هناك بعض المناقشات حول هذه الفكرة، وتحديداً حول مدى كثافة حقول الحطام هذه. وهذا السيناريو يتجاوز ما اعتبرناه في نموذجنا، وهو اصطدام النجوم النيوترونية بالأجسام بين النجوم”. “هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات لفهم آليات انبعاث الدفقات الراديوية السريعة ومصادرها.”
قصص ذات صلة:
– اكتشف علماء الفلك كمية قياسية من 25 “رشقات راديو سريعة” متكررة جديدة
– يمكن للنجوم الميتة داخل انفجارات المستعرات الأعظم أن تحل لغز المادة المظلمة في 10 ثوانٍ
– أقصر “دفقات راديو سريعة” تم اكتشافها على الإطلاق، ولم تتجاوز جزءًا من مليون من الثانية
أشار فام وهوبكنز إلى أن معدلات اصطدام النجوم النيوترونية بالأجسام النجمية ستعتمد على أنواع المجرات، مثل المجرات الإهليلجية أو الحلزونية، التي تحدث فيها. وهذا يعني أن علماء الفلك سيحتاجون إلى مراقبة المزيد من الدفقات الراديوية السريعة وتتبعها مرة أخرى إلى المجرات المضيفة لتحديد نوع المجرات الأكثر ارتباطًا بهذه الانفجارات من الطاقة.
وأضاف فام: “إن فهم تطور معدلات FRB عبر الزمن الكوني يمكن أن يساعدنا أيضًا على فهم المزيد عن هذا النموذج”. “المزيد من عمليات رصد الدفقات الراديوية السريعة يمكن أن تضع المزيد من القيود على مدى نشاط هذه الأحداث، مما سيخبرنا عن كيفية انبعاث الدفقات الراديوية السريعة.” أخبر فريق البحث موقع Space.com أن هذا سيتم من خلال مشاريع رصد FRB، مثل CHIME، ومرصد الهيدروجين الكندي وكاشف الموجات الراديوية (CHORD)، ومصفوفة مصفوفة الكيلومتر المربع الأسترالية (ASKAP).
وخلص فام إلى أن “الأعمال الإضافية لتقييد عدد المجرات المأهولة بالأجسام الموجودة بين النجوم ستمنحنا أيضًا معلومات أفضل حول عدد المرات التي يمكن أن تصطدم فيها النجوم النيوترونية بهذه الأجسام في الكون”.
وقد تم قبول نتائج الفريق للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية. تتوفر نسخة ما قبل الطباعة من ورقة الفريق على موقع المستودع arXiv.