علماء الفلك يكشفون سر التغيرات الغريبة في سطوع النجم النابض PSR J1023+0038

استخدم علماء الفلك 12 تلسكوبًا، بما في ذلك تلك الموجودة في المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO)، لفك رموز السلوك الغريب للنجم النابض PSRJ1023+0038. يتناوب النجم النابض بسرعة بين وضعين للسطوع، ويقذف المواد في انفجارات مفاجئة تسبب تغيرات في الضوء والظلام. يتضمن هذا الاختراق ملاحظات وتحليلات شاملة تعزز فهمنا لديناميات النجوم النابضة وتضع الأساس لاكتشافات النجوم النابضة المستقبلية باستخدام التلسكوبات المتقدمة مثل التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الجنوبي الأوروبي.

من خلال دراسات فلكية موسعة باستخدام 12 تلسكوبًا أرضيًا وفضائيًا، بما في ذلك ثلاثة مرافق في المرصد الجنوبي الأوروبي (ESO)، اكتشف علماء الفلك السلوك الغريب للنجم النابض، وهو نوع من النجوم الميتة فائقة السرعة. ومن المفهوم أن هذا الجسم الغامض يتحول بشكل شبه دائم بين وضعين للسطوع، الأمر الذي ظل لغزا حتى الآن. لكن علماء الفلك اكتشفوا الآن أن الانفجارات المفاجئة للمواد التي تقذفها النجوم النابضة خلال فترات زمنية قصيرة للغاية هي المسؤولة عن هذا التحول الغريب.

وقالت ماريا كريستينا باجليو، الباحثة في جامعة نيويورك أبوظبي والباحثة في المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF): "لقد شهدنا أحداثًا كونية غير عادية، في فترات زمنية قصيرة للغاية لم تتجاوز عشرات الثواني. وفي فترة زمنية قصيرة، تم إطلاق كمية كبيرة من المواد إلى الفضاء من جسم صغير كثيف يدور بسرعات عالية بشكل لا يصدق، تشبه "قذيفة مدفع كونية". وهي المؤلفة الأولى لورقة بحثية نُشرت مؤخرًا في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.

النجم النابض هو نجم مغناطيسي سريع الدوران يصدر شعاعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى الفضاء. أثناء دورانه، يجتاح هذا الشعاع الكون - مثل شعاع المنارة الذي يمسح محيطه - ويتم اكتشافه من قبل علماء الفلك عندما يتقاطع مع خط البصر للأرض. يؤدي هذا إلى تغيرات نابضة في سطوع النجم كما يُرى من كوكبنا.

PSRJ1023+0038، والمشار إليه باسم J1023، هو نجم نابض خاص يتصرف بشكل غريب. ويقع على بعد حوالي 4500 سنة ضوئية في كوكبة السداسيات، ويدور بالقرب من نجم آخر. على مدى العقد الماضي، كان النجم النابض يمتص المواد من هذا النجم المرافق، والتي تتجمع في قرص حول النجم النابض وتسقط ببطء نحوه.

تُظهر صورة هذا الفنان النجم النابض PSRJ1023+0038 وهو يسرق الغاز من النجم المرافق له. يتجمع الغاز في قرص حول النجم النابض، ويسقط ببطء نحو النجم النابض، ويتم طرده في النهاية في تيار ضيق. بالإضافة إلى ذلك، هناك رياح من الجسيمات تهب بعيدًا عن النجم النابض، ممثلة هنا بسحابة من النقاط الصغيرة جدًا. تصطدم هذه الرياح بالغاز المتساقط، فتسخنه وتتسبب في إصدار النظام للأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. في نهاية المطاف، يتم طرد هذه الغازات ذات درجة الحرارة المرتفعة على طول النفث، ويعود النجم النابض إلى حالته الأصلية المظلمة، وتبدأ الدورة مرة أخرى. وقد لوحظ أن النجم النابض يتحول بين هاتين الحالتين كل بضع ثوان أو دقائق. المصدر: ESO/M.

منذ أن بدأت عملية التراكم، اختفى شعاع المسح تقريبًا وبدأ النجم النابض في التبديل بين الوضعين باستمرار. في الوضع "العالي"، يصدر النجم النابض الأشعة السينية الساطعة والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي؛ في الوضع "المنخفض"، يكون النجم النابض خافتًا عند هذه الترددات ويصدر المزيد من موجات الراديو. يمكن أن يبقى النجم النابض في كل وضع لبضع ثوان أو دقائق، ثم يتحول إلى وضع آخر خلال ثوان. وحتى الآن، كان هذا التحول في حيرة من أمر علماء الفلك.

قال فرانشيسكو كوتي زيلاتي، الباحث في معهد علوم الفضاء في برشلونة بإسبانيا والمؤلف الأول المشارك في الورقة: "من أجل فهم سلوك هذا النجم النابض، قمنا بتنفيذ حملة مراقبة غير مسبوقة، باستخدام أكثر من عشرة تلسكوبات أرضية وفضائية حديثة. وتضمنت هذه الحملة حتى التلسكوب الكبير للمرصد الجنوبي الأوروبي (VLT) والتلسكوب التكنولوجي الجديد للمرصد الأوروبي الجنوبي (NTT)، الذي يكتشف الضوء المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء". ولاحظ مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية/تحت المليمترية (ALMA)، والتي تعد ESO شريكًا فيها، النظام وهو يتحول بين الوضعين العالي والمنخفض أكثر من 280 مرة على مدار ليلتين في يونيو 2021.

قال كوتي زيلاتي، المنتسب إلى INAF: "لقد وجدنا أن مفتاح الوضع ينشأ من التفاعل المعقد بين رياح النجم النابض (تيار الجزيئات عالية الطاقة المنبعثة بعيدًا عن النجم النابض) والمواد المتدفقة نحو النجم النابض".