باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، أنهى علماء الفلك لعبة الغميضة السماوية التي استمرت ما يقرب من عقد من الزمن بعد أن اكتشفوا نجمًا نيوترونيًا في حطام انفجار نجمي.
يمثل المستعر الأعظم 1987A بقايا نجم منفجر كانت كتلته ذات يوم تبلغ حوالي 8 إلى 10 أضعاف كتلة الشمس. وتقع على بعد حوالي 170.000 سنة ضوئية في سحابة ماجلان الكبرى، وهي مجرة قزمة مجاورة لمجرة درب التبانة. تم رصد المستعر الأعظم 1987A لأول مرة من قبل علماء الفلك منذ 37 عامًا في عام 1987، ومن هنا الجانب الرقمي لاسمه. أثناء انفجاره، أمطر المستعر الأعظم 1987A الأرض لأول مرة بجسيمات شبحية تسمى النيوترينوات ثم أصبح مرئيًا في الضوء الساطع. وهذا ما جعله أقرب وألمع مستعر أعظم شوهد في سماء الليل فوق الأرض منذ حوالي 400 عام.
إن انفجارات المستعرات الأعظم مثل هذه هي المسؤولة عن زرع الكون بعناصر مثل الكربون والأكسجين والسيليكون والحديد. تصبح هذه العناصر في نهاية المطاف اللبنات الأساسية للجيل القادم من النجوم والكواكب، ويمكنها أيضًا تشكيل جزيئات قد تصبح يومًا ما جزءًا لا يتجزأ من الحياة كما نعرفها. كما تولد هذه الانفجارات بقايا نجمية مدمجة إما على شكل نجوم نيوترونية أو ثقوب سوداء؛ لمدة 37 عامًا، لم يعرف علماء الفلك أيًا من هذه العناصر قد يكمن في قلب المستعر الأعظم 1987A.
قال مايك بارلو، أستاذ فخري في الفيزياء وعلم الفلك وأحد أعضاء الفريق الذي يقف وراء هذا الاكتشاف، لموقع Space.com: “منذ فترة طويلة، كنا نبحث عن دليل على وجود نجم نيوتروني في غاز وغبار المستعر الأعظم 1987A”. . “وأخيرا، لدينا الدليل الذي كنا نبحث عنه.”
متعلق ب: يجد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن اندماج النجوم النيوترونية يصوغ الذهب في الكون: “لقد كان الأمر مثيرًا”
كيف يختبئ النجم النيوتروني لمدة 4 عقود؟
تولد النجوم النيوترونية عندما تستنفد النجوم الضخمة إمدادات الوقود اللازمة للاندماج النووي الذي يحدث في قلبها. وهذا يؤدي إلى قطع الطاقة الخارجية المتدفقة من قلوب هذه النجوم والتي تحميها من الانهيار تحت تأثير جاذبيتها.
عندما ينهار قلب النجم، تخترق انفجارات المستعر الأعظم الهائلة الطبقات الخارجية للنجم، مما يؤدي إلى تفجيرها بعيدًا. وهذا يترك وراءه نجمًا “ميتًا” يبلغ عرضه عرض مدينة عادية هنا على الأرض، لكن كتلته تبلغ ضعف كتلة الشمس تقريبًا أو ضعفين؛ يتكون النجم في النهاية من سائل من جزيئات النيوترونات، وهي المادة الأكثر كثافة المعروفة في الكون.
ومع ذلك، يتم دعم النجوم النيوترونية ضد الانهيار الكامل، من خلال التأثيرات الكمومية التي تحدث بين النيوترونات في باطنها. تمنع هذه التأثيرات النيوترونات من التكدس معًا. يمكن التغلب على ما يسمى بـ “ضغط الانحطاط النيوتروني” إذا كان لدى النواة النجمية كتلة كافية – أو إذا كان النجم النيوتروني، بعد إنشائه، يتراكم على كتلة أكبر. سيؤدي هذا إلى ولادة ثقب أسود (إذا لم يتم الوصول إلى الحد الأدنى للكتلة، فلن يحدث ذلك).
لقد كان العلماء متأكدين إلى حد ما من أن الجسم الموجود في المستعر الأعظم 1987A هو نجم نيوتروني، لكنهم لم يتمكنوا من استبعاد احتمال أن هذا النجم المتوفى حديثًا، على الأقل كما نراه منذ 170 ألف سنة أو نحو ذلك، لم يجمع الكتلة اللازمة له. تحويل نفسه إلى ثقب أسود.
وقال بارلو: “أحد الاحتمالات الأخرى هو أن المادة المتساقطة قد تكون تراكمت على النجم النيوتروني وتسببت في انهياره وتحوله إلى ثقب أسود. لذلك، كان الثقب الأسود سيناريو بديل محتمل”. “إن الطيف الذي تنتجه المواد المتساقطة ليس هو النوع الصحيح من الطيف لتفسير الانبعاث الذي نراه”.
أنت تزداد دفئا…
لقد تجنب النجم النيوتروني الذي تم تحديده حديثًا اكتشافه لمدة 37 عامًا لأنه، عندما كان مولودًا حديثًا، كان لا يزال محاطًا بغطاء سميك من الغاز والغبار الذي تم إطلاقه خلال انفجار المستعر الأعظم الذي أشار إلى سكرات وفاة نجمه السلف.
وقال بارلو: “لقد تم إعاقة الاكتشاف بسبب حقيقة أن المستعر الأعظم قام بتكثيف حوالي نصف كتلة شمسية من الغبار في السنوات التالية بعد الانفجار”. “كان هذا الغبار بمثابة راديوون يحجب الشاشة من مركز المستعر الأعظم 1987A.”
الغبار أقل فعالية بكثير في حجب الأشعة تحت الحمراء مقارنة بحجب الضوء المرئي. لذا، من أجل الرؤية من خلال هذا الكفن إلى قلب المستعر الأعظم 1987A، اتجه بارلو وزملاؤه إلى عين الأشعة تحت الحمراء الحساسة للغاية في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، ولا سيما أداة التلسكوب ذات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة ومطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة.
كان الدليل القاطع على وجود هذا النجم النيوتروني المخفي يتعلق بالانبعاثات الصادرة عن عنصري الأرجون والكبريت القادمة من مركز المستعر الأعظم 1987A. هذه العناصر متأينة، مما يعني أنها تم تجريد ذراتها من الإلكترونات. وقال بارلو إن هذا التأين لا يمكن أن يحدث إلا بسبب الإشعاع المنبعث من نجم نيوتروني.
مكنت الانبعاثات الفريق من وضع حد لسطوع أو لمعان النجم النيوتروني الذي كان مختبئًا في السابق. لقد حددوا أنه يبلغ حوالي عُشر سطوع الشمس.
ربما يكون الفريق قد حدد أن النجم النيوتروني قد ولد بواسطة المستعر الأعظم 1987A، لكن لم يتم حل جميع ألغاز هذا النجم النيوتروني بعد.
وذلك لأن تأين الأرجون والكبريت الذي كان بمثابة دليل دامغ يمكن أن يكون سببه نجم نيوتروني بإحدى طريقتين. من الممكن أن رياح الجسيمات المشحونة التي تم سحبها وتسارعها إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء بواسطة نجم نيوتروني سريع الدوران قد تفاعلت مع مادة المستعر الأعظم المحيطة بها، مما تسبب في التأين. أو يمكن للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية المنبعثة من سطح النجم النيوتروني الساخن الذي تبلغ درجة حرارته مليون درجة أن تجرد الإلكترونات من الذرات الموجودة في قلب هذا الحطام النجمي.
إذا كان السيناريو السابق هو الصحيح، فإن النجم النيوتروني الموجود في قلب المستعر الأعظم 1987A هو في الواقع نجم نابض محاط بسديم رياح النجم النابض. النجوم النابضة هي إلى حد كبير نجوم نيوترونية تدور. إذا كان السيناريو الأخير هو الوصفة الصحيحة لهذه الانبعاثات، فإن هذا المستعر الأعظم القريب ولّد نجمًا نيوترونيًا “عاريًا” أو “عاريًا”، سيتعرض سطحه مباشرة للفضاء.
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
اقترح بارلو أن الباحثين قد يكونون قادرين على التمييز بين نجم نيوتروني عاري ونجم مغطى بسديم الرياح النابضة من خلال إجراء المزيد من عمليات الرصد بالأشعة تحت الحمراء لقلب المستعر الأعظم 1987A باستخدام أداة NIRSpec الخاصة بـ JWST.
واختتم قائلاً: “لدينا برنامج يجمع البيانات الآن، وسيحصل على بيانات بدقة 3 أو 4 أضعاف في الأشعة تحت الحمراء القريبة”. “وبالتالي، من خلال الحصول على هذه البيانات الجديدة، قد نكون قادرين على التمييز بين النموذجين المقترحين لتفسير الانبعاث الناتج عن نجم نيوتروني.”
نُشر بحث الفريق يوم الخميس (22 فبراير) في مجلة Science.