اكتشف تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما حوالي 300 نجم نيوتروني سريع الدوران. يكتسح كل جسم من الأجسام المكتشفة حديثًا شعاعين من الإشعاع عبر الكون مثل المنارة الكونية.
من المعروف أن هذه النجوم النيوترونية تدور مئات المرات في الثانية وتسمى على وجه التحديد النجوم النابضة بالميلي ثانية؛ قبل إطلاق فيرمي في عام 2008، كانت البشرية على علم بأقل من عشرة أمثلة على مثل هذه الأجسام. إنها جديرة بالملاحظة بشكل خاص لأنها تطلق شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة المعروف باسم أشعة جاما. علاوة على ذلك، يوجد ضمن هذه المجموعة من النجوم النيوترونية التي لم تُرى من قبل العديد مما يسمى “النجوم النابضة العنكبوتية”، والتي يُعتقد أنها تلتهم النجوم المرافقة لها (أي نجوم تدور في مدار معها) مثل عناكب الأرملة السوداء التي تلتهم أقرانها.
وقال عالم الفيزياء الفلكية في مختبر الأبحاث البحرية ماثيو كير: “لقد كنا متحمسين للغاية بشأن عدد النجوم النابضة بالميلي ثانية التي تمكنا من اكتشافها باستخدام أشعة جاما هذه”. قال في بيان. “هذه النجوم النابضة عالية السرعة بالمللي ثانية هي الآن من أكثر أجهزة ضبط الوقت دقة في الطبيعة.”
يشير كير بكلمة “ضابطات الوقت” إلى كيف أن الدوران الدوري الدقيق للنجوم النابضة بالمللي ثانية يعني إمكانية استخدامها كآليات توقيت لأحداث الفضاء السحيق. إنها تعمل بشكل فعال كساعات كونية، حيث تعرض ما يعرف باسم “مصفوفات توقيت النجم النابض”.
متعلق ب: قد تنبع الانفجارات الإشعاعية الغامضة من النجوم الأكثر تطرفًا في عالمنا
مثل جميع النجوم النيوترونية، تولد النجوم النابضة التي تدور بسرعة بالميلي ثانية عندما تصل النجوم الضخمة إلى نهاية مخزون الوقود المستخدم في الاندماج النووي. وهذا يضع حدًا لتدفق الطاقة من قلوب النجوم، وهي الطاقة التي ساعدت في دعمها من القوة الداخلية لجاذبيتها لمليارات السنين.
يتم بعد ذلك تفجير المادة الخارجية لهذه النجوم المحتضرة في انفجار مستعر أعظم هائل، بينما يتم سحق قلوبها، التي تبلغ كتلتها ما بين مرة أو مرتين كتلة الشمس، إلى عرض حوالي 12 ميلًا (20 كيلومترًا). في أعقاب تدمير النجم، يولد نجم نيوتروني في بعض الأحيان.
يؤدي تصغير حجم النجم الأصلي إلى ظهور الخصائص المتطرفة التي نجدها في النجوم النيوترونية، مثل المادة الغنية بالنيوترونات، بحيث أن ملعقة كبيرة منها كثيفة قد تزن مليار طن على الأرض؛ المجالات المغناطيسية شديدة جدًا لدرجة أنها تطلق حزمًا من أشعة جاما يمكن لفيرمي اكتشافها على شكل نبضات دورية. يؤدي الانخفاض السريع في القطر أيضًا إلى تسريع دوران النجم النيوتروني، على غرار متزلج على الجليد يسحب أذرعه للدوران بشكل أسرع.
مع تقدمهم في السن، تتباطأ حركة النجوم النيوترونية. وفي المقابل، تضعف مجالاتها المغناطيسية، وتبدأ في الدوران بشكل أبطأ. ومع ذلك، عندما تتواجد هذه النجوم الميتة الغريبة في نظام ثنائي، فإنها تكون قادرة على الحصول على رياح ثانية.
وقال كير: “نحن قادرون على دراسة هذه الأجسام التي بدأت كنجوم نابضة صغيرة في نظام ثنائي”. “مثل قمة الغزل، تباطأت في نهاية المطاف وأصبحت خاملة. على مدى مئات الملايين من السنين الماضية، قام رفاقها الثنائيون بإلقاء المادة عليها، مما أدى إلى زيادة سرعتها مرة أخرى، بشكل كبير جدًا وأسرع بكثير من ذي قبل، “إعادة تدوير” هذه النجوم النابضة إلى ميلي ثانية.”
صيد العناكب الكونية
أحد الجوانب الرائعة لهذه الاكتشافات الجديدة للنجوم النابضة هو حقيقة أن العديد منها عبارة عن “نجوم نابضة عنكبوتية”. سميت هذه النجوم النيوترونية بهذا الاسم لأنها، مثل الأرامل السوداء بعد الجماع، تلتهم النجوم الثنائية المصاحبة لها.
وقالت ميغان دي سيزار، عضو فريق الاكتشاف والعالمة في جامعة جورج ماسون، في البيان: “سميت النجوم النابضة العنكبوتية على اسم العناكب التي تأكل أقرانها الأصغر”. “يمكن أن يحدث شيء مشابه عندما يكون النجم النيوتروني ورفيقه الثنائي قريبين جدًا من بعضهما البعض، وتبدأ عملية إعادة تدوير النجم النابض بالمللي ثانية قليلاً.
“إن الإشعاع المكثف والرياح الجسيمية الصادرة عن النجم النابض يأكلان سطح النجم الآخر، مما يؤدي إلى تبخر المواد المتبخرة.”
قصص ذات الصلة:
– النجم النابض يفاجئ علماء الفلك بأشعة غاما التي حطمت الأرقام القياسية
– قد يفسر نوع جديد من النجوم النابضة كيفية تطور أنظمة “الأرملة السوداء” الغامضة
– النجم النابض القزم الأبيض سريع الدوران، وهو الثاني الذي نكتشفه على الإطلاق، يلقي الضوء على كيفية تطور النجوم
يعتبر فيرمي أفضل في اكتشاف هذه النجوم النابضة العنكبوتية من التلسكوبات الراديوية الأخرى، لأن موجات الراديو الصادرة عن النجوم النيوترونية يتم حجبها أحيانًا عندما تمر أشعة النجوم النابضة فوق بقايا النجوم الملتهمة. ومع ذلك، فإن أشعة جاما عالية الطاقة (تخصص فيرمي) قادرة على اختراق الحطام النجمي.
قال ديسيزار: “على الرغم من أن الأنظمة العنكبوتية قد تكون أيضًا أكثر سطوعًا بشكل جوهري في أشعة جاما، إلا أن دراستها ستساعدنا على فهم أصولها وثروة الاكتشافات التي حققناها مع فيرمي”.
كيفية استخدام الساعة الكونية
أحد الأمثلة الحديثة على استخدام النجوم النابضة بالميلي ثانية كساعات كونية دقيقة هو قياس التقلبات الزمنية الصغيرة الناتجة عن مرور موجات الجاذبية منخفضة التردد، وهي تموجات صغيرة في الزمكان تُطلق عن طريق اندماج الثقوب السوداء البعيدة وتصادمات النجوم النيوترونية.
وقال ثانكفول كرومارتي، الباحث المشارك في المجلس الوطني للبحوث في مختبر الأبحاث البحرية، في البيان: “هذه نتائج مثيرة”. “تسمح لنا موجات الجاذبية منخفضة التردد هذه بالنظر إلى مراكز المجرات الضخمة وفهم كيفية تشكلها بشكل أفضل.”
يمكن أيضًا استخدام مصفوفات توقيت النجم النابض في المستقبل لأغراض الملاحة، حيث تلعب النجوم النيوترونية سريعة الدوران دور أنظمة تحديد المواقع الكونية للتوجيه خارج سطح الأرض. ومع ذلك، للقيام بذلك، سيحتاج الباحثون إلى تقييد استقرار مثل هذه النجوم النابضة، وهو أمر يمكن أن يساعد فيه هذا الاكتشاف.
نُشرت ورقة بحثية عن 300 نجم نيوتروني جديد في 27 نوفمبر مجلة الفيزياء الفلكية.