النجم النيوتروني هو بقايا نجم ضخم مات ذات مرة في انفجار سوبر نوفا. بشكل عام، تعتبر النجوم النيوترونية من أكثر الأجسام تطرفًا في الكون المعروف – وهذا صحيح بشكل خاص عندما توجد بقايا النجوم الكثيفة بشكل لا يصدق جنبًا إلى جنب مع النجوم المرافقة (التي لم “تموت” بعد) بالقرب بما يكفي لنجم نيوتروني هائل. الجاذبية لتجريد المواد من ذلك النجم الثاني. بمعنى آخر، النجم المرافق يشبه الضحية النجمية للنجم النيوتروني.
تعتبر هذه “النجوم النيوترونية مصاصة الدماء” مميزة لأنها تعود إلى الحياة مثل بيلا لوغوسي الكونية. وذلك لأن المادة المتساقطة من النجم المرافق تؤدي إلى انفجارات نووية حرارية على سطح النجم النيوتروني. يتم توجيه بعض هذه المادة المسروقة نحو قطبي النجم النيوتروني، حيث تنفجر بسرعات قريبة من الضوء على شكل نفاثات فيزيائية فلكية قوية. ومع ذلك، فإن الأسباب التي أدت إلى إطلاق هذه الطائرات – وكيفية ارتباطها بهذه الانفجارات النووية الحرارية – ظلت غامضة.
ومع ذلك، فقد قدمت الأبحاث الجديدة تقدمًا في هذا اللغز.
لقد كشف العلماء عن طريقة واحدة لقياس سرعات تلك النفاثات وربط القيم بصفات كل من النجم النيوتروني والنجم الثنائي المرافق المؤسف الذي يتغذى عليه. يمكن أن يساعد هذا في نهاية المطاف في حل هذه المعضلة المتعلقة بالنفاثات، وربما يقدم معلومات حول الأجسام الأخرى التي تجرد المادة من النجم المرافق أيضًا، مثل الثقوب السوداء فائقة الكتلة.
متعلق ب: يجد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن اندماج النجوم النيوترونية يصوغ الذهب في الكون: “لقد كان الأمر مثيرًا”
وقال توماس راسل، المؤلف الرئيسي والعالم في المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF)، لموقع Space.com: “للمرة الأولى، تمكنا من قياس سرعات النفاثات الثابتة التي يتم إطلاقها من نجم نيوتروني”. “تعتبر هذه التدفقات، مثل تلك الناتجة عن تراكم الثقوب السوداء، مهمة بشكل لا يصدق في كوننا، لأنها تنقل كميات هائلة من الطاقة إلى محيطها، مما يؤثر على تكوين النجوم، ونمو المجرات، وحتى كيفية تجمع المجرات معًا. لكننا لا نفعل ذلك حقًا.” فهم كيف يتم إطلاق هذه الطائرات.”
وأوضح راسل أنه في السابق، كان العلماء يعتقدون أن النفاثات يمكن إطلاقها إما بسبب دوران المواد التي تم تجريدها من النجم الضحية أثناء دوران تلك المواد بشكل حلزوني. وكانت هناك أيضًا نظرية مفادها أن النفاثات مرتبطة بدوران الجسم الدوار نفسه. .
يمكن أن يساعد هذا البحث الجديد في تحديد إجابة حول الآلية المسؤولة في الغالب.
وتابع راسل: “اكتشافنا للصلة بين الانفجارات النووية الحرارية والنفاثات يوفر لنا الآن مسبارًا يسهل الوصول إليه وقابل للتكرار لفك آلية إطلاق النفاثات في النجوم النيوترونية”. “بما أننا نعتقد أن النفاثات يتم إطلاقها بطرق متشابهة جدًا لجميع أنواع الأجسام، فإن هذا سيساعدنا على فهم كيفية إطلاق النفاثات من جميع الأجسام، حتى الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مراكز المجرات.”
كيف تفجر النجوم النيوترونية قمتها؟
للوصول إلى هذه النتيجة، قام راسل وزملاؤه بفحص نظامين يحتويان على نجوم نيوترونية مغذية: ثنائيات الأشعة السينية 4U 1728-34 و4U 1636-536. ومن المعروف أن كلا النظامين ينفجران بشكل دوري مع انفجارات نووية حرارية.
الانفجارات النووية الحرارية على أسطح النجوم النيوترونية ليست ظاهرة جديدة بالنسبة للعلماء. وقد تم تحليل هذه الانفجارات لسنوات، ويشير راسل إلى أن علماء الفلك لاحظوا ما لا يقل عن 125 نجمًا نيوترونيًا “منفجرًا” في المجمل.
وقال راسل: “بينما يستهلك النجم النيوتروني مادة من نجم قريب، تتراكم المواد المتراكمة على سطح النجم النيوتروني. وفي مرحلة ما، يصبح الضغط كبيرًا للغاية، ويحدث انفجار نووي حراري جامح وغير مستقر ينتشر عبره”. سطح النجم النيوتروني بالكامل في غضون ثوانٍ.”
يمكن رؤية الانفجارات المرتبطة بـ 4U 1728-34 و4U 1636-536 في نطاق الأشعة السينية، مما يعني أن الفريق كان قادرًا على استخدام التلسكوب الفضائي للمختبر الدولي لأشعة جاما للفيزياء الفلكية (INTEGRAL) التابع لوكالة الفضاء الأوروبية للكشف عنها.
وتابع راسل: “لقد وجدنا أن هذه الانفجارات تتسبب في ضخ بعض المواد الإضافية إلى الطائرات لعشرات الثواني التي تستمر فيها الانفجارات”. “باستخدام التلسكوبات الراديوية لمراقبة النفاثات باستخدام مصفوفة التلسكوب الأسترالية المدمجة، تمكنا من تتبع هذه المواد الإضافية أثناء تدفقها إلى أسفل النفاثات، مما زودنا بشكل أساسي بكاميرا سرعة كونية لقياس سرعة النفاثة.”
ما أرادوا رؤيته هو التغيرات في الانبعاثات الراديوية بعد انفجارات الأشعة السينية.
في الواقع، اكتشف الفريق زيادات في سطوع الراديو خلال دقائق من كل انفجار نووي حراري. وقد دفع هذا الباحثين إلى استنتاج أن تطور النفاثات يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالانفجارات النووية الحرارية.
وقال راسل: “لقد فوجئنا بمدى وضوح رد الفعل في الطائرات. كانت هذه قنابل مضيئة للغاية وواضحة تتدفق أسفل الطائرة وكان من السهل اكتشافها”. “لقد توقعنا بعض الاستجابة ولكننا اعتقدنا أنها ستكون أكثر دقة.”
اشتعلت طائرات النجم النيوتروني مسرعة
ويقول الفريق إن سرعات هذه الطائرات كانت القطعة المفقودة من اللغز، مما أدى إلى وجود صلة بين عمليات القذف العنيفة للطائرات وأحداث التغذية المتفجرة.
وقال راسل: “إن السرعة مهمة للغاية لفهم كيفية إطلاق الطائرات، وهذا الاكتشاف الجديد يفتح نافذة يسهل الوصول إليها للإجابة على هذا السؤال”. “يمكننا الآن تطبيق هذه التجربة على العديد من النجوم النيوترونية المنفجرة الأخرى، ويمكننا بعد ذلك مقارنة كيفية ارتباط سرعة النفاث بالدوران والكتلة وربما حتى المجال المغناطيسي للنجم النيوتروني، والتي يُعتقد أنها جميعها مكونات رئيسية لتكوين النجم النيوتروني. إطلاق طائرة.”
إذا رأى الفريق وجود علاقة بين إحدى هذه الخصائص وسرعة الطائرة، فسوف يكشف عن آلية الإطلاق الرئيسية لهذه النفاثات، سواء كانت دوران النجم النيوتروني أو دوران المادة الساقطة.
وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها قياس سرعة مثل هذه التدفقات الصادرة عن نجم نيوتروني، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه تم قياسها من قبل بالنسبة للثقوب السوداء. ومع ذلك، أوضح راسل أن النجوم النيوترونية تتمتع بميزة هائلة على الثقوب السوداء عندما يتعلق الأمر باستخدامها كمسبار لدراسة آليات إطلاق الطائرات النفاثة.
وقال: “يمكن أن يكون للنجوم النيوترونية قياسات دوران محددة بدقة شديدة، وكتل محددة جيدًا، وربما حتى قوة مجال مغناطيسي معروفة، وكلها أمور يصعب قياسها في الثقوب السوداء”. “لذلك، فقط مع النجوم النيوترونية يمكننا حاليًا البدء في ربط خصائص النظام بالنفاثات.”
قصص ذات الصلة:
– قد يساعد النهج الجديد العلماء على رؤية ما بداخل النجم النيوتروني
– “مواطن الخلل” في النجم الميت يمكن أن تكشف عن أصول رشقات الراديو السريعة
– أثقل نجم نيوتروني تم رصده على الإطلاق يقوم بتمزيق رفيقه
بشكل عام، رأى الفريق الآن هذه النتيجة في نظامين لتغذية النجوم النيوترونية، لكن هذين هما الوحيدان اللذان نظروا إليهما حتى الآن.
واختتم قائلاً: “نحن نطبق تقنيتنا الجديدة على أكبر عدد ممكن من النجوم النيوترونية المنفجرة الأخرى للكشف عن كيفية اختلاف سرعات النفاثة باختلاف خصائص النجوم النيوترونية”. “بمجرد أن نبني عينة كافية، سنكون قادرين بعد ذلك على كشف الخصائص الرئيسية لإنتاج الطائرات، والكشف عن كيفية إطلاق الطائرات”.
نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (27 مارس) في مجلة Nature.