الملخص:
اكتشف علماء الفلك في جامعة كيرتن في أستراليا نظامًا نجميًا ثنائيًا نادرًا للغاية، حيث يصدر أحد النجوم الميتة، وهو قزم أبيض، نبضات راديوية منتظمة كل حوالي ثماني دقائق. والنجم المرافق له هو نجم شبيه بالشمس. وهذه هي المرة الأولى التي يكتشف فيها العلماء مثل هذه الإشارات الراديوية الدورية في نظام ثنائي يتكون من قزم أبيض ونجم شبيه بالشمس، مما يوفر أدلة جديدة لفهم نوع غامض من الأجرام السماوية في درب التبانة.
يقع هذا النظام، المسمى GPM J071507−114153، على بعد أكثر من 5000 سنة ضوئية من الأرض ويتكون من نجمين يدوران حول بعضهما البعض. أحدهما هو قزم أبيض، وهو نواة عالية الكثافة تُركت بعد أن استنفد النجم وقوده النووي وتطور؛ والآخر هو نجم من النوع G، وله أنواع طيفية وخصائص أساسية مماثلة لشمسنا.
يعتبر هذا الاكتشاف ذا أهمية خاصة لأن أنظمة النبض الراديوي المماثلة التي اكتشفها العلماء سابقًا تحتوي عادةً على أقزام بيضاء وأقزام حمراء أصغر حجمًا وأكثر برودة. والنجم المرافق المكتشف هذه المرة هو نجم مشابه للشمس، مما يشير إلى أن هذا النوع من الأجرام السماوية الغامضة قد يكون له تركيبة أكثر ثراء مما تم التعرف عليه سابقا.
يصنف الباحثون هذا النوع من الكائنات ضمن فئة تسمى "العابرات طويلة الأمد (LPT)". يمكن لمثل هذه الأجسام أن تبعث نبضات راديوية على فترات تتراوح من دقائق إلى ساعات، مع تشغيل الإشارة وإيقافها بشكل دوري. منذ أن اكتشف الباحثون في المركز الدولي لأبحاث علم الفلك الراديوي (ICRAR) مثل هذه الأجسام لأول مرة في عام 2021، أكد علماء الفلك حوالي عشرة أنظمة مماثلة، لكن الآلية التي يتم من خلالها توليد الإشعاع الراديوي لم يتم شرحها بشكل كامل بعد.
وقد اكتشف العلماء سابقًا هياكل ثنائية مكونة من أقزام بيضاء ونجوم أخرى في بعض المصادر العابرة طويلة الأمد، ولكن كان من الصعب دائمًا تحديد النجم الذي أنتج الإشارة الراديوية. التقدم الرئيسي الذي تم إحرازه في هذه الدراسة هو أن الباحثين تمكنوا أخيرًا من مراقبة حركة القزم الأبيض بشكل مباشر في المدار الثنائي من خلال التغييرات في إشارة النبض.
قال سام ماكسويني، المؤلف الأول للورقة البحثية والعالم المكلف في مرصد مصفوفة الكيلومتر المربع (SKAO)، إن هذه هي المرة الأولى التي يحصل فيها الباحثون على إشارة واضحة بما يكفي لتحديد خصائص حركة قزم أبيض أثناء دورانه حول نجم مرافق. لذلك، يمكن للعلماء تحديد أن النبض الراديوي ينشأ من منطقة قريبة من القزم الأبيض، أو ربما حتى مباشرة من القزم الأبيض نفسه.
ومن أجل التحقق من هذا الحكم، استخدم فريق البحث مركز باوسي لأبحاث الحوسبة الفائقة في أستراليا لمعالجة أكثر من 100 ساعة من بيانات الرصد الراديوي، وقاموا بتحليل إشارة النبض والحركة المدارية للنجم القزم الأبيض.
كما أن لهذا الاكتشاف مكسبًا غير متوقع: فالنبضات الراديوية المنبعثة من الأقزام البيضاء تصبح في الواقع أداة كشف طبيعية لدراسة أنشطة النجوم المرافقة لها.
وقالت ناتاشا هيرلي ووكر، المؤلفة المشاركة في الورقة البحثية والأستاذة المشاركة في جامعة كيرتن، إن الباحثين وجدوا أنه عندما تمر موجات الراديو المنبعثة من القزم الأبيض عبر الفضاء المحيط بالنجم الشبيه بالشمس، فإن الإشارة ستتأثر بنشاط النجم. ومن خلال تحليل هذه التغييرات، تمكن الفريق من تحديد التوهجات النجمية على سطح النجم المرافق.
تشبه هذه الظاهرة نشاط التوهج على الشمس. تطلق التوهجات الشمسية كميات كبيرة من الطاقة ويمكن أن تؤدي إلى اضطرابات في الغلاف المغناطيسي للأرض والشفق القطبي. تظهر هذه الدراسة أن علماء الفلك يمكنهم استخدام موجات الراديو لاكتشاف نشاط مماثل على نجم آخر يبعد أكثر من 5000 سنة ضوئية.
ولاحظ الباحثون أيضًا أن القزم الأبيض مر خلف منطقة ذات مجال مغناطيسي قوي أثناء مداره. ويتكهن العلماء بأن هذه المنطقة هي على الأرجح نوع من البروز النجمي، وهو عبارة عن بنية بلازما كبيرة تمتد من سطح النجم والتي غالبا ما تكون مرتبطة بمجال مغناطيسي ويمكن أن تتغير بشكل كبير خلال فترات النشاط النجمي.
اكتشف فريق البحث هذا النظام لأول مرة من خلال التلسكوب الراديوي Murchison Widefield Array (MWA) الأسترالي. التلسكوب قادر على مسح سماء درب التبانة بأكملها التي يمكن رؤيتها من أستراليا، مما يساعد الباحثين في البحث عن الأجسام الدورية النادرة بكميات كبيرة من إشارات الراديو.
ثم استخدم الفريق التلسكوب الراديوي MeerKAT في جنوب أفريقيا لتحديد الموقع الدقيق للهدف، ثم استخدم مرصد كيك (W. M. Keck Observatory) في مونا كيا بهاواي لإجراء عمليات رصد بصرية وأكد أخيرًا وجود رفيق نجمي من النوع G في النظام.
يوضح هذا الاكتشاف أيضًا قدرات الاكتشاف العلمي للمعدات الرائدة الموجودة قبل بناء الجيل الجديد من مرافق علم الفلك الراديوي واسعة النطاق. MWA وMeerKAT هما المشروعان التجريبيان لـSKA-Low وSKA-Mid، على التوالي، وهما المكونان الرئيسيان لمرصد صفيف الكيلومتر المربع المستقبلي. الأول يقع في أستراليا والثاني في جنوب أفريقيا.
يعتقد الباحثون أنه مع الانتهاء التدريجي من مرصد مصفوفة الكيلومتر المربع، سيتم تحسين قدرات الحساسية والمراقبة للتلسكوبات الراديوية بشكل أكبر. ومن المتوقع أن يكتشف علماء الفلك المزيد من المصادر المؤقتة طويلة الأمد التي كان من الصعب في السابق تحديدها والحصول على بيانات أكثر تفصيلاً للإشارات الراديوية.
إن أهمية هذا البحث لا تكمن فقط في اكتشاف مجموعة نجمية ثنائية لم يتم تحديدها سابقًا، ولكن أيضًا في حل مشكلة مهمة في دراسة المصادر العابرة طويلة الأمد: أي نجم في النظام الثنائي تأتي منه الإشارة الراديوية. من خلال تحديد الأقزام البيضاء كمصدر للإشعاع النبضي، يمكن للعلماء إجراء المزيد من الدراسة لبنية المجال المغناطيسي، والنشاط النجمي، والتفاعلات بين الثنائيات لهذه الأجسام.
الورقة ذات الصلة تحمل عنوان "عابر لفترة طويلة مع رفيق يشبه الشمس" وتم نشرها في مجلة Nature Astronomy.
في الوقت الحاضر، لا تزال المصادر العابرة طويلة الأمد نوعًا من الأجرام السماوية الغامضة التي لم يتم فهمها بشكل كامل في علم الفلك. إن سلوك إصدار نبضات راديوية مرة واحدة فقط كل بضع دقائق أو حتى ساعات يختلف تمامًا عن خصائص النجوم النابضة العادية التي تبعث إشارات متعددة في الثانية. ويقدم هذا الاكتشاف أدلة رصدية جديدة لتفسير هذه الإشارات غير الطبيعية، لكن الآلية الفيزيائية الكاملة وراءها لا تزال بحاجة إلى مزيد من الدراسة.
التعليقات