مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
بعض النجوم لا يموتون حقًا. النجوم النابضة هي النوى الممغنطة غير الميتة للنجوم الضخمة التي لقيت نهايتها في مستعر أعظم. وهي تدور بقوة، وتطلق نفاثات من الإشعاع الكهرومغناطيسي من أقطابها المغناطيسية، مما يجعلها تبدو وكأنها تومض بانتظام عند مراقبتها من الأرض.
كما لو أن هؤلاء الزومبي لم يكونوا غريبين بما فيه الكفاية بالفعل، فإن سلوك أحدهم، النجم النابض PSR J1023+0038، ظل لغزًا حتى الآن. يحتوي PSR J1023 على نفاث إشعاعي مدمج عادي عند قطبيه. ولكنه موجود في نظام ثنائي قريب مع نجم آخر، وأثناء دورانه حول هذا النجم، لوحظ أنه يتوهج بشدة قبل أن يخفت بسرعة مرة أخرى. حقق فريق دولي من علماء الفلك أخيرًا تقدمًا كبيرًا في فهم الأسباب التي تجعل النجم النابض يتحول من “الوضع العالي” شديد السطوع إلى “الوضع المنخفض” الأكثر قتامة أثناء قيامه بتجريد المواد من النجم المرافق له. لقد أوضحت وجهة هذه المادة في النهاية سبب تصرفها بشكل متقطع.
ارتفاعات شديدة…
PSR J1023 ليس نجمًا نابضًا عاديًا، ولكنه نجم نابض بالميلي ثانية، مما يعني أنه يدور مئات المرات في الثانية. حتى قبل اكتشافها في عام 2002، كان يُعتقد أن النجوم النابضة بالميلي ثانية تستمد سرعتها من وجودها في الأنظمة الثنائية. وتأتي سرعتها من إزالة المادة من النجوم المرافقة لها وجذبها، مما يستمر في توفير المزيد من الطاقة للنجم النيوتروني.
حدد فريق البحث PSR J1023 كواحد من القلائل النجم النابض الانتقالي بالمللي ثانية لأنه يستمر في الانتقال من السطوع الشديد إلى السطوع الخافت نسبيًا ثم يعود مرة أخرى. ما الذي يجعله يستمر في التبديل بين الوضعين العالي والمنخفض؟
تشكل المادة التي يزيلها PSR J1023 من النجم المرافق له قرصًا متراكمًا حول النجم النابض. هذه المادة المليئة بالجسيمات المشحونة عالية الطاقة، تنجذب نحو الداخل بفعل جاذبية النجم النابض. يؤدي هذا في بعض الأحيان إلى تراكم كمية كبيرة بشكل خاص من المواد النجمية. مع اقتراب كرة أكبر من النجم النابض من أي وقت مضى، يمكن أن تصطدم الجسيمات المشحونة من النجم المرافق مع الجسيمات المشحونة في رياح النجم النابض القوية، مما يزيد من تسخين المادة الواردة ويدفعها نحو الخارج.
في بعض الأحيان يمكن أن ينفجر النجم النابض في نفس الوقت. إذا كان الأمر كذلك، فإن نفاثات البلازما التي تنطلق من هذه التوهجات ستدفع أيضًا المادة الساخنة المشحونة إلى الفضاء. تنبعث الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي من النجم النابض في وميض عالي الوضع متفجر.
“نحن نفترض أنه خلال الوضع العالي، يتم الحفاظ على تدفق التراكم [high] وقال الباحثون في دراسة نشرت مؤخرا في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.
… والأدنى
بعد طرد الكثير من المواد من النجم النابض عالي الوضع، تنخفض انبعاثات الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. وتتلاشى رياح النجم النابض أيضًا لأنه لم يعد هناك تدفق كبير للمواد لتغذيتها. على الرغم من أن الرياح الأضعف لا تزال تهب عبر قرص التراكم وتكون قادرة على الاصطدام بمواد من النجم المرافق، مما يسبب انبعاثات، إلا أنها لا يمكن مقارنتها بتلك التي يتم إنتاجها في الوضع العالي.
حتى مخرجات النفاثة المدمجة التي تسبب النبضات المستمرة للنجم النابض تتوقف مؤقتًا بعد انتهاء الوضع العالي مباشرةً. وذلك لأن الطائرة مستمرة انبعاثات السنكروترون تتولد عندما تصطدم رياح النجم النابض بنقط من المواد المتراكمة الأقرب إلى النجم النابض نفسه. بمجرد إلقاء هذه المادة في الفضاء، تنتشر صدمة الرياح إلى مادة بعيدة جدًا عن النجم النابض للحفاظ على تشغيل النفاثات لأي فترة زمنية.
لا يزال النجم النابض الخافت يصدر موجات الراديو. ويعتقد الباحثون أن هذه تأتي بشكل رئيسي من الطائرة المدمجة، التي تستمر في إخراج المواد في الوضعين العالي والمنخفض. عندما تعمل الطائرة في الوضع المنخفض، يمكن رؤية بعض بقايا المقذوفات ذات الوضع العالي فوق الضوء المرئي المعتاد وانبعاثات الأشعة السينية.
كما هو متوقع، الوضع الضعيف لا يدوم. تبدأ الدورة مرة أخرى عندما يقترب تدفق جديد من المواد من القرص من النجم. فهو يملأ الفراغات التي خلفتها البلازما المقذوفة سابقًا، وعندما يواجه رياح النجم النابض مرة أخرى، يعيد تشغيل انبعاث السنكروترون الذي يزود الطائرة النفاثة المدمجة بالطاقة.
إبقاء إصبعك على النبض
لمراقبة PSR J1023 بعناية كافية لفهم سبب تغيرات وضعه الغامض، استغرق الأمر 12 تلسكوبًا أرضيًا وفضائيًا، بما في ذلك مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية/تحت المليمترية (ALMA)، وتلسكوب التكنولوجيا الجديدة التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي، والتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي، و وكالة الفضاء الأوروبية XMM-. تلسكوب نيوتن للأشعة السينية. هذه هي أكبر دراسة للأطوال الموجية المتعددة على الإطلاق لـ PSR J1023، وكشفت أخيرًا كيف تؤثر المواد الواردة على رياحه وزخمه الإجمالي، وهو أمر لم تتمكن الدراسات السابقة للنجم النابض من ملاحظته. ومع ذلك، لا تزال هناك أسرار أخرى يتعين توضيحها. يريد الباحثون اكتشاف أوجه التشابه المحتملة بين النجوم النابضة التي تمر بمرحلة انتقالية بالميلي ثانية والثقوب السوداء.
“أنظمة الثقب الأسود و [transitional millisecond pulsars] وقالوا في نفس الدراسة: “إنهم يتشاركون أوجه تشابه مثيرة للاهتمام في خصائصهم الظاهرية، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى بحث إضافي لتعميق فهمنا لفيزياء التراكم في الأجسام المدمجة”.
ويتوقع الفريق أن ظواهر مماثلة يمكن أن تحدث في أقراص التراكم، ومن المؤكد أن هناك حالات تظهر فيها الثقوب السوداء انفجارات من النشاط. على الأقل لا أحد منهم يأكل العقول البشرية.
علم الفلك والفيزياء الفلكية، 2023. DOI: 10.1051/0004-6361/202346418
