اكتشف علماء الفلك جسما غامضا في مجرة درب التبانة، وهو أضخم من أثقل نجم نيوتروني ولكنه أخف من أصغر ثقب أسود.
يمكن أن يساعد الجسم الغامض العلماء على تحديد مكان رسم الخط الفاصل بين النجوم النيوترونية والثقوب السوداء بشكل أفضل، وكلاهما يولد عندما يموت نجم ضخم.
وقال قائد الفريق وأستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة مانشستر، بن ستابرز، في بيان: “إن كلا الاحتمالين بالنسبة لطبيعة الرفيق أمر مثير”. “سيكون نظام الثقب الأسود النابض هدفًا مهمًا لاختبار نظريات الجاذبية، وسيوفر النجم النيوتروني الثقيل رؤى جديدة في الفيزياء النووية بكثافات عالية جدًا.”
متعلق ب: اكتشف العلماء حفرية كونية نتجت عن انفجار ثقب أسود هائل
تم اكتشاف الجسم باستخدام التلسكوب الراديوي MeerKAT، الذي يتكون من 64 هوائيًا يقع في كيب الشمالية بجنوب إفريقيا. تدور البقايا النجمية الكثيفة حول نجم نيوتروني سريع الدوران أو “نجم نابض بالمللي ثانية” يقع على بعد حوالي 40 ألف سنة ضوئية داخل كتلة كثيفة من النجوم تسمى “العنقود الكروي” في درب التبانة.
في حين أن النظام الذي يحتوي على نجمين نيوترونيين سيكون رائعًا، إذا كان الجسم الغامض عبارة عن ثقب أسود، فإن هذا من شأنه أن يجعل النظام نظامًا ثنائيًا للنجم النابض الراديوي والثقب الأسود بشكل لا يصدق. بفضل الانفجارات الدورية للغاية للنجم النابض، والتي يمكن استخدامها كآلية توقيت، وتأثير الجاذبية الشديد للثقب الأسود، يمكن أن يكون مثل هذا النظام حاسمًا لاختبار حدود نظرية أينشتاين للجاذبية لعام 1915، والمعروفة باسم النسبية العامة. .
تم رصد النجم النابض، المعروف باسم PSR J0514-4002E، عبر نبضات خافتة من موجات الراديو التي يرسلها أثناء اجتياحها للأرض.
نظرًا لأن النجم النيوتروني يدور بمعدل 170 مرة في الثانية مثل المنارة الكونية، فقد سمحت التغييرات الطفيفة في النبضات المنتظمة للغاية للباحثين بتحديد أن PSR J0514-4002E لديه جسم مداري كثيف بشكل لا يصدق، مما يعني أنه لا يمكن أن يكون سوى بقايا جسم ضخم. نجم انهار.
اكتشف الفريق أن النجم النابض والجسم الغامض يفصل بينهما مسافة 5 ملايين ميل (8 ملايين كيلومتر)، أي حوالي 0.05 ضعف المسافة بين الأرض والشمس، ويدوران حول بعضهما البعض مرة كل سبعة أيام أرضية.
يمتلك الجسم المداري كتلة أكبر من أي نجم نيوتروني معروف ولكنه أقل من أي ثقب أسود معروف، مما يجعله يهبط مباشرة في فجوة كتلة الثقب الأسود.
الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية: اكتشف الفرق
تولد كل من النجوم النيوترونية والثقوب السوداء عندما تصل النجوم الضخمة إلى نهاية الوقود اللازم للاندماج النووي، ولا تعود قادرة على دعم نفسها ضد الضغط الداخلي لجاذبيتها. ينهار قلب النجم بينما تتطاير الطبقات الخارجية لهذا النجم المحتضر في انفجار مستعر أعظم.
عند الطرف الأدنى من مقياس الكتلة، يتم إيقاف انهيار النواة النجمية من خلال الخصائص الكمومية لبحر النيوترونات الذي يتكون منه الآن، ويصبح نجمًا نيوترونيًا، وبقايا نجمية تبلغ كتلتها ما بين 1 و 2 ضعف كتلة النجم. الشمس بعرض مدينة هنا على الأرض، حوالي 12 ميلاً (20 كيلومترًا).
ومع ذلك، فوق كتلة معينة، يتم التغلب على الضغط الكمي الذي يبقي النيوترونات منفصلة، ويتعرض القلب لانهيار كامل ويصبح ثقبًا أسود. يمكن للنجم النيوتروني أيضًا أن يتجاوز هذا الحد وينهار إلى ثقب أسود إذا كان لديه نجم مصاحب يمكنه سرقة المواد بعيدًا عنه لزيادة كتلته.
يعتقد علماء الفلك أنه إذا كانت كتلة النجم لا تزال تزيد عن 2.2 مرة كتلة الشمس بعد أن فقدت طبقاتها الخارجية والغالبية العظمى من كتلتها، فهي ثقيلة بما يكفي لولادة ثقب أسود.
المشكلة في هذا هي أن أخف الثقوب السوداء التي رأيناها لا تزال تبلغ كتلتها حوالي 5 أضعاف كتلة الشمس. وأصبح غياب الثقوب السوداء بين 5 كتلة شمسية و2.2 كتلة شمسية يعرف باسم “فجوة كتلة الثقب الأسود”، وهو يلقي ظلالا من الشك على حد 2.2 كتلة شمسية للنجوم النيوترونية.
إغلاق فجوة كتلة الثقب الأسود
اكتشف ستابرز وزملاؤه الجسم الذي يمكن أن يكون مفتاحًا في حل هذا اللغز وسد فجوة الكتلة أثناء استخدام ميركات لدراسة العنقود الكروي NGC 1851، الواقع في كوكبة كولومبا الجنوبية.
النجوم الموجودة في هذه المجموعة القديمة من النجوم مرتبطة بشكل أكثر إحكامًا من النجوم الموجودة في بقية مجرة درب التبانة. النجوم في NGC 1851 مزدحمة جدًا لدرجة أنها تتفاعل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى اضطراب مدارات بعضها البعض وحتى الاصطدام في الحالات القصوى.
ويعتقد الفريق أن مثل هذا الاصطدام بين نجمين نيوترونيين يمكن أن يكون قد أدى إلى تكوين الجسم الغامض الذي اكتشفوه والذي يدور حول النجم النابض PSR J0514-4002E.
قصص ذات الصلة
– هذا الثقب الأسود الهائل هو الأبعد على الإطلاق في الأشعة السينية
– يمكن أن تكون النجوم النيوترونية هي أفضل كاشف للمادة المظلمة
– المستعر الأعظم “الحلقة المفقودة” يربط بين موت النجم وولادة ثقب أسود أو نجم نيوتروني
لا يستطيع الفريق حتى الآن تحديد ما إذا كان رفيق PSR J0514-4002E هو نجم نيوتروني، أو ثقب أسود، أو حتى جسم كوني كثيف غير معروف حتى الآن، لكنهم يعرفون أن هذا النظام يمكن أن يصبح مختبرًا كونيًا فريدًا لدراسة السلوك. المادة والفيزياء في ظل الظروف القاسية.
واختتم دوتا حديثه قائلاً: “لم ننته بعد من هذا النظام”. “إن الكشف عن الطبيعة الحقيقية للرفيق سيكون نقطة تحول في فهمنا للنجوم النيوترونية والثقوب السوداء وأي شيء آخر قد يكون كامنًا في فجوة كتلة الثقب الأسود.”
نُشر بحث الفريق يوم الخميس (18 يناير) في مجلة Science.