عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
اكتشف علماء الفلك أن نجمًا نيوترونيًا “نجمًا ميتًا” يدور بمعدل لا يصدق 716 مرة في الثانية، مما يجعله أسرع جسم كوني يدور على الإطلاق. ليس هذا فحسب، بل إن سطح النجم النيوتروني ينفجر أيضًا بانفجارات قوية مثل تفجير القنابل الذرية.
اكتشف الفريق البقايا النجمية المتطرفة باستخدام تلسكوب الأشعة السينية التابع لناسا ومستكشف التركيب الداخلي للنجم النيوتروني (NICER)، والذي تم تركيبه على السطح الخارجي لمحطة الفضاء الدولية (ISS).
النجم النيوتروني الشيطاني سريع الانفجار المعني هو جزء من النظام الثنائي 4U 1820-30، الذي يقع في العنقود الكروي NGC 6624، والذي يقع باتجاه قلب مجرة درب التبانة على بعد حوالي 26 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة القوس. .
وقال عضو الفريق Gaurava K. Jaisawal من DTU Space في بيان: “كنا ندرس الانفجارات النووية الحرارية من هذا النظام ثم وجدنا تذبذبات ملحوظة، مما يشير إلى وجود نجم نيوتروني يدور حول محوره المركزي بمعدل مذهل 716 مرة في الثانية”.
عندما يتعلق الأمر بمعدل دورانه، فإن الجسم الوحيد الذي يقترب من النجم النيوتروني في 4U 1820-30 هو نجم نيوتروني آخر، PSR J1748–2446، والذي يدور أيضًا 716 مرة في الثانية، أو 42960 مرة في الدقيقة.
الشاغل الآخر للثنائي 4U 1820-30 هو جثة نجمية أخرى، وهو قزم أبيض، وهو نوع من البقايا التي تتركها النجوم ذات الكتل المماثلة للشمس وراءها عندما تموت. هذا القزم الأبيض هو أيضًا نجم سريع، يدور حول شريكه النجم النيوتروني مرة كل 11 دقيقة! وهذا يعني أن هذا هو النظام النجمي الثنائي الذي يتمتع بأقصر فترة مدارية على الإطلاق.
تتشكل النجوم النيوترونية مثل تلك المذكورة أعلاه عندما ينفد وقود الاندماج النووي من نجوم أكبر بكثير، تبلغ كتلتها 8 أضعاف كتلة الشمس على الأقل. يعد موت النجوم أمرًا أساسيًا لفهم الخصائص المتطرفة للنجوم النيوترونية، مثل معدل دورانها السريع والانفجارات النووية الحرارية التي تهز سطحها.
ما الذي يجعل النجوم النيوترونية متطرفة إلى هذا الحد؟
عندما ينفد الوقود من نجم ضخم ولم يعد قادرًا على دمج العناصر لتكوين عناصر أثقل تدريجيًا في قلبه، فإن الطاقة الخارجية أو “الضغط الإشعاعي” الذي دعمه ضد الدفع الداخلي لجاذبيته لمليارات السنين يتوقف.
يؤدي هذا إلى انهيار قلب هذا النجم بسرعة تحت تأثير جاذبيته، مما يؤدي إلى موجات صادمة تمتد إلى الطبقات الخارجية للنجم المحتضر. يؤدي هذا إلى انفجار مستعر أعظم يمزق تلك الطبقات الخارجية، وبالتالي معظم كتلة النجم.
وهذا يترك قلب النجم كجثة نجمية بكتلة تتراوح بين 1 و2 أضعاف كتلة الشمس. يبلغ عرض هذا النجم النيوتروني حديث الولادة (أو أنه متوفى حديثًا؟) حوالي 12 ميلًا (20 كيلومترًا). إن الضغط السريع في القطر هو الذي يتسبب في دوران النجوم النيوترونية بسرعة.
هذا هو نتيجة الحفاظ على الزخم الزاوي، ويمكن وصفه بتشبيه أرضي للغاية. تصور متزلجًا على الجليد وهو يدور على الجليد. لزيادة سرعة دورانه، يقوم المتزلج بسحب أذرعه، ولإبطاء السرعة مرة أخرى، يفرد أذرعه. ويحدث هذا بالنسبة للنجوم النيوترونية، وإن كان على نطاق كوني أكبر بكثير.
يمكن للنجوم النيوترونية أيضًا أن تحصل على زيادة في سرعة الدوران عندما تكون في ثنائي محكم بدرجة كافية لسحب المادة من النجم المرافق لها أو النجم “المانح”. تحمل هذه المادة معها زخمًا زاويًا يزيد أيضًا من سرعة دوران النجم النيوتروني. هذه المادة المسروقة هي أيضًا مفتاح لفهم سبب انفجار النجوم النيوترونية في انفجارات نووية حرارية.
كما قد تتخيل، فإن حشر كتلة شمسين في جسم يتناسب مع حدود جزيرة مانهاتن له عواقب وخيمة. هذا الضغط السريع يجبر الإلكترونات سالبة الشحنة والبروتونات موجبة الشحنة معًا، مما يخلق بحرًا من الجسيمات المحايدة تسمى النيوترونات التي تملأ النجوم النيوترونية.
وهذه المادة هي الأكثر كثافة في الكون المعروف. في الواقع، إنها كثيفة للغاية لدرجة أنه إذا تم استخراج ملعقة صغيرة من مادة النجم النيوتروني وإحضارها إلى الأرض، فإنها ستزن 10 ملايين طن، أي ما يعادل حوالي 85000 حوت أزرق.
ومع هذه الكثافة المذهلة يأتي تأثير جاذبية قوي بشكل لا يصدق. وهذا يعني أنه عندما تتجه المادة نحو نجم نيوتروني، فإنها تتسارع إلى سرعة ملايين الأميال في الساعة. وهكذا، عندما تصطدم بسطح نجم نيوتروني، تطلق هذه المادة كمية لا تصدق من الطاقة.
ولوضع ذلك في سياقه، إذا تم إسقاط قطعة من الخطمي على سطح نجم نيوتروني، فسوف تنفجر بقوة ألف قنبلة هيدروجينية تنفجر في وقت واحد.
بالإضافة إلى ذلك، عندما تتراكم هذه المادة النجمية المسروقة على سطح نجم نيوتروني، يمكن أن تصل إلى كتلة حرجة وتنفجر في انفجار نووي حراري عنيف.
وقال عضو الفريق وعالم الفضاء في DTU جيروم تشينيفيز في البيان: “خلال هذه الانفجارات، يصبح النجم النيوتروني أكثر سطوعًا بما يصل إلى 100 ألف مرة من الشمس، ويطلق كمية هائلة من الطاقة”. “لذلك نحن نتعامل مع أحداث متطرفة للغاية، ومن خلال دراستها بالتفصيل، نحصل على رؤى جديدة حول دورات الحياة الحالية للأنظمة النجمية الثنائية وتكوين العناصر في الكون.”
قصص ذات صلة:
— اكتشف العلماء أبطأ نجم نيوتروني راديوي يدور — وهو ما يخالف جميع قواعد النجوم الميتة
– “مواطن الخلل” في النجم الميت يمكن أن تكشف عن أصول رشقات الراديو السريعة
– أثقل نجم نيوتروني تم رصده على الإطلاق يقوم بتمزيق رفيقه
رصد NICER النظام الثنائي 4U 1820-30 بين عامي 2017 و2021، وخلال هذه الفترة رصد فريق DTU Space 15 انفجارًا نوويًا حراريًا عبر ضوء الأشعة السينية الذي أنتجه.
وحمل أحد هذه الانفجارات بصمة يسميها العلماء “الذبذبات الانفجارية النووية الحرارية” والتي كان ترددها 716 هرتز. ونظرًا لأن هذه التذبذبات المتفجرة تتوافق مع معدل دوران النجوم النيوترونية، فقد أكد هذا أن هذا الجسم يدور 716 مرة في الثانية.
وقال جايسوال: “إذا أكدت الملاحظات المستقبلية ذلك، فإن النجم النيوتروني 4U 1820-30 سيكون أحد أسرع الأجسام التي تدور على الإطلاق في الكون، ولا يضاهيه سوى نجم نيوتروني آخر يسمى PSR J1748–2446”.
نُشر بحث الفريق في 25 أكتوبر 2024 في مجلة الفيزياء الفلكية.