تلسكوبات ناسا تكشف أسرار إشارات الفضاء السحيق الغامضة

وباستخدام اثنين من تلسكوبات الأشعة السينية التابعة للوكالة، تمكن الباحثون من تقريب السلوك غير المنتظم لنجم ميت حيث ينبعث منه انفجار قصير ومشرق من موجات الراديو.

ما الذي يسبب انفجارات موجات الراديو الغامضة من الفضاء السحيق؟ قد يكون علماء الفلك قريبين من تقديم إجابة لهذا السؤال. اثنين ناسا وقد رصدت تلسكوبات الأشعة السينية مؤخرًا حدثًا من هذا القبيل – يُعرف باسم الانفجار الراديوي السريع – قبل دقائق قليلة من وقوعه وبعده. هذه الرؤية غير المسبوقة تضع العلماء على الطريق الصحيح لفهم هذه الأحداث الراديوية المتطرفة بشكل أفضل.

على الرغم من أنها لا تدوم سوى جزء من الثانية، إلا أن الانفجارات الراديوية السريعة يمكنها إطلاق قدر من الطاقة يعادل ما تطلقه الشمس خلال عام واحد. ويشكل ضوءها أيضًا شعاعًا يشبه الليزر، مما يميزها عن الانفجارات الكونية الأكثر فوضوية.

مصدر رشقات الراديو السريعة

نظرًا لأن الدفقات قصيرة جدًا، غالبًا ما يكون من الصعب تحديد مصدرها. قبل عام 2020، كانت تلك الأجسام التي تم تتبعها حتى مصدرها تأتي من خارج مجرتنا، وهو مكان بعيد جدًا بحيث لا يتمكن علماء الفلك من رؤية سبب خلقهم. ثم اندلع انفجار راديوي سريع في مجرة ​​الأرض، قادمًا من جسم كثيف للغاية يسمى النجم المغناطيسي، وهو البقايا المنهارة لنجم منفجر.

فهم سلوك النجم المغناطيسي

في أكتوبر 2022، أنتج نفس النجم المغناطيسي – المسمى SGR 1935 + 2154 – انفجارًا راديويًا سريعًا آخر، تمت دراسة هذا الانفجار بالتفصيل بواسطة NICER (مستكشف التركيب الداخلي للنجم النيوتروني) التابع لناسا على محطة الفضاء الدولية و NuSTAR (مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي) على ارتفاع منخفض. درجة حرارة. مدار الأرض. وقد رصدت التلسكوبات النجم المغناطيسي لساعات، مما يوفر نظرة ثاقبة لما حدث على سطح الجسم المصدر والمناطق المحيطة به مباشرة، قبل وبعد الانفجار الراديوي السريع. النتائج الموضحة في دراسة جديدة نشرت في 14 فبراير في المجلة طبيعةهي مثال على كيفية عمل تلسكوبات ناسا معًا لمراقبة وتتبع الأحداث قصيرة العمر في الكون.

في عملية قذف كان من شأنها أن تبطئ دورانه، يظهر النجم المغناطيسي وهو يفقد المادة في الفضاء في مفهوم هذا الفنان. يمكن لخطوط المجال المغناطيسي القوية والملتوية للنجم المغناطيسي (الموضحة باللون الأخضر) أن تؤثر على تدفق المادة المشحونة كهربائيًا القادمة من الجسم، وهو نوع من النجوم النيوترونية. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

وقع الانفجار بين “خللين” عندما بدأ النجم المغناطيسي فجأة في الدوران بشكل أسرع. ويقدر قطر SGR 1935+2154 بحوالي 20 كيلومترًا ويدور حوالي 3.2 مرة في الثانية، مما يعني أن سطحه كان يتحرك بسرعة حوالي 7000 ميل في الساعة (11000 كم/ساعة). إن إبطائها أو تسريعها يتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة. ولهذا السبب تفاجأ مؤلفو الدراسة عندما وجدوا أنه بين خللين، تباطأ النجم المغناطيسي إلى سرعة أقل من سرعته قبل الخلل خلال تسع ساعات فقط، أو حوالي 100 مرة أسرع من ذلك، وهو ما لم يتم ملاحظته من قبل في النجم المغناطيسي.

وقال تشين بينج هو، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة تشانغهوا الوطنية للتعليم في تايوان والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة: “عادة، عند حدوث مشاكل، يستغرق الأمر أسابيع أو أشهر حتى يعود النجم المغناطيسي إلى سرعته الطبيعية”. “لذا فمن الواضح أن الأشياء تحدث مع هذه الأجسام في فترات زمنية أقصر بكثير مما كنا نعتقد سابقًا، وقد يكون ذلك مرتبطًا بمدى سرعة توليد الدفقات الراديوية.”

فيزياء النجوم المغناطيسية

في محاولتهم أن يفهموا بالضبط كيف تنتج النجوم المغناطيسية رشقات راديوية سريعة، نجح العلماء في ذلك الكثير من المتغيرات للنظر فيها.

على سبيل المثال، النجوم المغناطيسية (وهي نوع من النجوم النيوترونية) كثيفة جدًا لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادتها تزن حوالي مليار طن على الأرض. مثل هذه الكثافة العالية تعني أيضًا وجود جاذبية قوية: سقوط قطعة من الخطمي على قطعة من الأرض النجم النيوتروني سيكون لها تأثير بقوة القنبلة الذرية الأولى.

الجاذبية القوية تعني أن سطح النجم المغناطيسي هو مكان متطاير، ويطلق بانتظام رشقات نارية من الأشعة السينية والضوء ذات الطاقة العالية. قبل الانفجار الراديوي السريع في عام 2022، بدأ النجم المغناطيسي في إطلاق رشقات من الأشعة السينية وأشعة جاما (حتى الأطوال الموجية الأكثر نشاطًا للضوء) التي تم ملاحظتها في الرؤية المحيطية للتلسكوبات الفضائية عالية الطاقة. دفعت هذه الزيادة في النشاط مشغلي المهمة إلى الإشارة إلى NICER و نوستار مباشرة إلى النجم المغناطيسي.

وقال زوراوار وادياسينغ، المؤلف المشارك للدراسة والباحث في الجامعة: “كل انفجارات الأشعة السينية التي حدثت قبل هذه المشكلة كان من المفترض أن تحتوي، من حيث المبدأ، على طاقة كافية لإنشاء انفجار راديوي سريع، لكنها لم تفعل ذلك”. ميريلاند وكوليدج بارك ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا. “لذلك يبدو أن شيئًا ما قد تغير خلال فترة الانكماش الاقتصادي، مما أدى إلى تهيئة الظروف المناسبة.”

ما الذي يمكن أن يحدث أيضًا مع SGR 1935+2154 لإنتاج انفجار راديوي سريع؟ قد يكون أحد العوامل هو أن الجزء الخارجي من النجم المغناطيسي صلب وأن الكثافة العالية تسحق الجزء الداخلي إلى حالة تسمى السوائل الفائقة. في بعض الأحيان يمكن أن يخرج الاثنان عن التزامن، مثل تدفق الماء داخل حوض السمك الدوار. عندما يحدث هذا، يمكن للسائل توفير الطاقة للقشرة. يعتقد مؤلفو الورقة البحثية أن هذا هو على الأرجح سبب المشكلتين اللتين حدتا من انفجار الراديو السريع.

إذا كانت المشكلة الأولية قد تسببت في حدوث صدع في سطح النجم المغناطيسي، فمن الممكن أن تكون قد أطلقت مواد من داخل النجم إلى الفضاء، مثل الانفجار البركاني. يؤدي فقدان الكتلة إلى تباطؤ الأجسام الدوارة، لذلك يعتقد الباحثون أن هذا يمكن أن يفسر التباطؤ السريع للنجم المغناطيسي.

الآثار المترتبة على البحوث المستقبلية

ولكن بعد ملاحظة واحد فقط من هذه الأحداث في الوقت الفعلي، لا يزال الفريق غير قادر على القول على وجه اليقين أي من هذه العوامل (أو عوامل أخرى، مثل المجال المغناطيسي القوي للنجم المغناطيسي) قد يؤدي إلى إنتاج “انفجار راديوي سريع”. قد لا يكون بعضها متصلاً بالانفجار على الإطلاق.

وقال جورج يونس، الباحث في جودارد وعضو فريق NICER العلمي المتخصص في النجوم المغناطيسية: “لقد لاحظنا بالتأكيد شيئًا مهمًا لفهمنا للانفجارات الراديوية السريعة”. “لكنني أعتقد أننا ما زلنا بحاجة إلى المزيد من البيانات لكشف اللغز.”

المرجع: “التغيرات الدورانية السريعة حول انفجار راديو مغناطيسي سريع” بقلم تشين بينغ هو، تاكوتو ناريتا، تيرواكي إينوتو، جورج يونس، زوراوار وادياسينغ، ماثيو جي. بارينغ، وين سي جي هو، سيباستيان جيلوت، بول س. راي، تولجا جوفر ، كاوستوب راجوادي، زافين أرزومانيان، كريسا كوفيليوتو، أليس ك. هاردينغ وكيث سي. جيندرو، 14 فبراير 2024، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-023-07012-5

تعرف على المزيد حول المهمة

مهمة Small Explorer بقيادة معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ويديرها مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا لصالح مديرية المهام العلمية التابعة للوكالة في واشنطن، وقد تم تطوير NuSTAR بالشراكة مع الجامعة التقنية الدنماركية ووكالة الفضاء الإيطالية (ASI). تم بناء المركبة الفضائية من قبل شركة Orbital Sciences Corp. (دالاس في فيرجينيا). يقع مركز عمليات مهمة NuSTAR في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وأرشيفات البيانات الرسمية موجودة في مركز أبحاث أرشيف علوم الفيزياء الفلكية عالي الطاقة التابع لناسا، ومركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا. توفر ASI المحطة الأرضية للمهمة وأرشيف بيانات معكوسة. يدير معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مختبر الدفع النفاث لناسا.