توهج أشعة جاما العملاق المنبعث من النجم المغناطيسي “المتوفى مؤخرًا” يضيء مجرة ​​السيجار

يعتقد علماء الفلك أنهم عثروا على توهج هائل نادر اندلع من نجم ميت مغناطيسي للغاية، أو نجم مغناطيسي، كان ساطعًا بما يكفي لإضاءة مجرة ​​بأكملها. إذا كان هذا صحيحًا، فإن هذا الاكتشاف يمثل المرة الأولى التي تُرى فيها أشعة جاما من نجم نيوتروني “متوفى مؤخرًا” تندلع خارج مجرة ​​درب التبانة.

تم رصد التوهج لأول مرة من قبل مركز بيانات العلوم المتكاملة في جنيف على شكل انفجار قصير من أشعة غاما عالية الطاقة يستمر لمدة عُشر ثانية فقط. أرسلت شركة Integral تنبيهًا إلى علماء الفلك الذين أدركوا، بعد 13 ثانية فقط من التوهج، أن أشعة جاما هذه تبدو وكأنها قادمة من المجرة الساطعة Messier 82 (M82)، الملقبة بـ “Cigar Galaxy” بسبب شكلها الممدود. تقع مجرة ​​السيجار على بعد حوالي 12 مليون سنة ضوئية من الأرض.

لكن كل هذا ترك علماء الفلك أمام لغز يتعين عليهم حله. هل كان هذا انفجارًا شائعًا إلى حد ما لأشعة جاما كانوا يرونه من هذه المجرة، التي تضم أيضًا تكوينًا نجميًا مكثفًا، أم أنه يمثل بالتأكيد التوهج النادر لنجم مغناطيسي عالي المغناطيسية؟

متعلق ب: عاد أحد أكثر النجوم الميتة “تطرفًا” في الكون إلى الحياة بشكل غير متوقع

وقال ساندرو ميريجيتي، قائد الأبحاث والعالم في المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF-IASF)، في بيان: “لقد أدركنا على الفور أن هذا كان إنذارًا خاصًا”. “إن انفجارات أشعة جاما تأتي من مكان بعيد ومن أي مكان في السماء، ولكن هذا الانفجار جاء من مجرة ​​مشرقة قريبة.”

للتحقيق في توهج أشعة غاما، أجرى ميرغيتي وزملاؤه بسرعة عمليات رصد متابعة لمصدر الانفجار باستخدام تلسكوب XMM-Newton الفضائي. لقد استنتجوا أنه إذا كان انفجار أشعة جاما هذا عبارة عن انفجار قصير لأشعة جاما تم إنشاؤه نتيجة لحدث قوي مثل اصطدام نجمين نيوترونيين ببعضهما البعض واندماجهما، فيجب أن يكون هناك أيضًا شفق مرتبط يُرى في الأشعة السينية والضوء المرئي . من شأن هذا الحدث أيضًا أن يؤدي إلى “رنين” الزمكان بتموجات تسمى “موجات الجاذبية”.

وقالت عضو الفريق والباحثة في INAF ميشيلا ريجوسيلي: “أظهرت ملاحظات XMM-Newton فقط الغاز الساخن والنجوم في المجرة”. “لو كان هذا الانفجار عبارة عن انفجار قصير لأشعة غاما، لرأينا مصدرًا باهتًا للأشعة السينية قادمًا من موقعه، لكن هذا الشفق لم يكن موجودًا”.

كان دور شركة Integral في تمكين الباحثين من الإسراع في التحقيق في وميض أشعة جاما هذا هو – الاعتذار مقدمًا – أساسي لتحديد أصوله الحقيقية وإرجاعه إلى انفجار نجم مغناطيسي في M82.

“عندما يتم التقاط ملاحظات غير متوقعة مثل هذه، يمكن لـ Integral وXMM-Newton أن يكونا مرنين في جداولهما، وهو أمر ضروري في الاكتشافات ذات الأهمية الزمنية”، أوضح عالم مشروع Integral Jan-Uwe Ness في البيان. “في هذه الحالة، إذا تم إجراء الملاحظات حتى بعد يوم واحد فقط، فلن يكون لدينا مثل هذا الدليل القوي على أن هذا كان بالفعل نجمًا مغناطيسيًا وليس انفجارًا لأشعة غاما.”

نجم مغناطيسي متوفى ومشتعل

النجوم المغناطيسية هي نوع من النجوم النيوترونية تتميز بمجالاتها المغناطيسية القوية بشكل لا يصدق. مثل كل النجوم النيوترونية، تولد النجوم المغناطيسية عندما يستنفد نجم كتلته ثمانية أضعاف كتلة الشمس على الأقل الوقود الذي يحتاجه للاندماج النووي في قلبه. وهذا ينهي القوة الخارجية المرتبطة بالضغط الإشعاعي الذي كان يحمي هذه النجوم من الانهيار تحت تأثير جاذبيتها لملايين، أو في بعض الأحيان مليارات السنين.

مع انتهاء هذه الحماية، ينهار قلب هذا النجم المحتضر بينما تنفجر الطبقات الخارجية التي تمثل غالبية كتلة النجم في انفجار مستعر أعظم. والنتيجة هي نواة نجمية ميتة تتراوح كتلتها بين مرة أو مرتين كتلة الشمس محشورة في عرض لا يزيد عن 12 ميلاً (20 كيلومترًا).

وينتج عن هذا الانهيار السريع أن النجوم النيوترونية تتكون من المادة الأكثر كثافة المعروفة في الكون، والتي يبلغ وزن ملعقة كبيرة منها مليار طن إذا تم جلبها إلى الأرض. هناك نتيجتان خطيرتان أخريان لهذا الانهيار أيضًا.

مثلما يستفيد المتزلج على الجليد على الأرض من الحفاظ على الزخم الزاوي من خلال سحب أذرعه لزيادة سرعة دورانه، فإن التخفيض الشعاعي السريع للنواة النجمية المحتضرة يتسبب في دوران نجم نيوتروني حديث الولادة بسرعات لا تصدق. وُجد أن بعض النجوم النيوترونية الشابة تدور بسرعة تصل إلى 700 مرة في الثانية.

كما يؤدي الانهيار أيضًا إلى تقارب خطوط المجال المغناطيسي للنواة النجمية معًا. كلما اقتربت خطوط المجال، كلما كان المجال المغناطيسي أقوى. وهذا يعني أن بعض النجوم النيوترونية تمتلك أقوى المجالات المغناطيسية في الكون بأكمله. تتضاءل سرعة الدوران والمغناطيسية الشديدة للنجوم النيوترونية مع تقدم عمر هذه البقايا النجمية.

“بعض النجوم النيوترونية الشابة لديها مجالات مغناطيسية قوية للغاية، أكثر من 10000 مرة من النجوم النيوترونية النموذجية. وتسمى هذه النجوم المغناطيسية. وهي تبعث الطاقة بعيدا في التوهجات، وأحيانا تكون هذه التوهجات هائلة،” زميل أبحاث وكالة الفضاء الأوروبية آشلي كريمز قال.

يُعتقد أن التوهجات النجمية تحدث عندما تتسبب “الزلازل النجمية” على سطح هذه النجوم النيوترونية الشابة ذات المغناطيسية العالية في إزعاج مجالاتها المغناطيسية الشديدة، وتكون التوهجات المغناطيسية هائلة ونادرة إلى حد كبير.

خلال 50 عامًا من مراقبة الكون بأشعة جاما، لم تلتقط البشرية سوى ثلاثة توهجات سابقًا. تم العثور عليها في الأعوام 1979 و1998 و2004، وكانت جميعها من النجوم المغناطيسية الموجودة في درب التبانة.

ومع ذلك، ربما يكون من حسن الحظ أن النجوم المغناطيسية المتوهجة نادرة. والمثال الذي رأيناه في ديسمبر 2004، والذي سببه نجم مغناطيسي على بعد 30 ألف سنة ضوئية من الأرض، كان قويا للغاية لدرجة أنه أثر بالفعل على الغلاف الجوي العلوي لكوكبنا. وكان التأثير مشابهًا للتوهجات الشمسية، لكن الشمس تبلغ 1.9 مليار أقرب إلى الأرض مرات من النجم المغناطيسي الذي خلف توهج أشعة جاما عام 2004. اسمح لذلك أن يغرق.

يمثل الاكتشاف المتكامل المرة الأولى التي يتم فيها رصد توهج من نجم مغناطيسي خارج درب التبانة. ومع ذلك، يعتقد الفريق أن بعضًا من انفجارات أشعة غاما القصيرة الأخرى التي شاهدها إنتيغرال كانت في الواقع توهجات من نجوم مغناطيسية خارج المجرة أيضًا.

وقال جان أوي: “ومع ذلك، لا يمكن التقاط الانفجارات التي تستمر لمدة قصيرة إلا بالصدفة عندما يشير المرصد بالفعل في الاتجاه الصحيح”. “وهذا يجعل Integral، بمجال رؤيتها الكبير، أكبر بأكثر من 3000 مرة من مساحة السماء التي يغطيها القمر، وهو أمر مهم جدًا لهذه الاكتشافات.”

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

يعد موقع النجم المغناطيسي في M82 مهمًا لأن هذه المجرة اللامعة هي موطن لانفجار مكثف من تشكل النجوم. وهذا يؤكد أنه في مناطق الانفجار النجمي هذه، تعيش النجوم الضخمة بسرعة وتموت صغيرة، تاركة النجوم النيوترونية الشابة كنجوم مغناطيسية مضطربة وسريعة الدوران.

سيبحث الفريق الآن عن المزيد من النجوم المغناطيسية في مجرات الانفجار النجمي للمساعدة في فهم حياة وموت النجوم الضخمة في هذه المناطق بشكل أفضل، ولفهم كيفية تطور النجوم النيوترونية بمرور الوقت بشكل أفضل.

وقال كريمز: “هذا الاكتشاف يفتح باب بحثنا عن نجوم مغناطيسية أخرى خارج المجرة”. “إذا تمكنا من العثور على المزيد، يمكننا أن نبدأ في فهم عدد المرات التي تحدث فيها هذه التوهجات وكيف تفقد هذه النجوم الطاقة في هذه العملية.”

نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (24 أبريل) في مجلة Nature.