أعلن فريق بحث دولي من علماء الفلك مؤخرًا أنهم نجحوا في حل لغز طويل الأمد للمتوهج البعيد PKS 1424 + 240، موضحين لماذا لا يزال هذا الجسم قادرًا على إنتاج أحد ألمع أشعة جاما عالية الطاقة والنيوترينوات الكونية المرصودة على الرغم من أن حركته النفاثة تبدو بطيئة. نُشرت النتائج ذات الصلة في مجلة Astronomy & Astrophysics Letters في السادس من يونيو.
يقع PKS 1424+240 على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض، ولكنه معروف منذ فترة طويلة في المجتمع الفلكي. إنه مصدر مهم لأشعة جاما عالية الطاقة للغاية وواحد من ألمع متوهجات النيوترينو المعروفة حاليًا في السماء. وهو يتوافق مع واحدة من أبرز القمم عالية الطاقة في خريطة النيوترينو الشاملة لمرصد آيس كيوب للنيوترينو والتي تمتد لتسع سنوات. وأشار فريق البحث إلى أن هذه الدراسة لا تتعلق فقط بجرم سماوي واحد، ولكنها تشير أيضًا بشكل مباشر إلى مشكلة أساسية في الفيزياء الفلكية المعاصرة عالية الطاقة، وهي كيف تقوم الأجسام الكونية المتطرفة بتسريع الجسيمات إلى طاقات عالية للغاية وتنتج في الوقت نفسه فوتونات ونيوترينوات عالية الطاقة للغاية.
البلازار هو نوع من نواة المجرة النشطة التي يحرك مركزها ثقب أسود هائل. وبينما يبتلع الثقب الأسود المادة المحيطة به، فإنه يقذف نفاثات من البلازما بسرعة تقارب سرعة الضوء على طول محور دورانه نحو القطبين. بالمقارنة مع النوى المجرية النشطة الأخرى، فإن الشيء المميز في البلازارات هو أن إحدى النفاثات تواجه الأرض تقريبًا، مما يجعلها تبدو مشرقة بشكل استثنائي في النطاق الكهرومغناطيسي بأكمله. كما أنها توفر للعلماء "مختبرًا" طبيعيًا لدراسة العمليات الفيزيائية الأكثر تطرفًا في الكون. ويصف بعض العلماء PKS 1424+240 بأنه يشبه "عين سورون" في الفضاء السحيق، وذلك بسبب البنية الهندسية لصورته ونفاثاته الموجهة نحو الأرض.
وفقًا للتوقعات النظرية، غالبًا ما تكون ألمع أضواء أشعة جاما مصحوبة بهياكل نفاثة تبدو وكأنها تتحرك بسرعة كبيرة في عمليات الرصد الراديوي. ومع ذلك، أظهرت الملاحظات الراديوية لـ PKS 1424+240 أن نفاثاته تبدو بطيئة بشكل غير عادي، وهو التناقض الذي أصبح جزءًا من نقاش طويل الأمد يُعرف باسم "أزمة عامل دوبلر". ولمعرفة الحقيقة، قام فريق البحث باسترجاع وتحليل 15 عامًا من بيانات المراقبة من مصفوفة خط الأساس الطويل جدًا (VLBA)، والتي تتكون من إجمالي 10 هوائيات راديو في قارة الولايات المتحدة وهاواي وسانت كروا.
يستخدم العلماء تقنية قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI) لمعالجة الإشارات الصادرة عن التلسكوبات الراديوية الموزعة على مساحة واسعة بشكل مشترك، وهو ما يعادل استخدام تلسكوب افتراضي "من عيار الأرض" للحصول على دقة زاويّة عالية للغاية. قام الفريق بدمج إجمالي 42 صورة راديوية مع معلومات الاستقطاب التي تم الحصول عليها بين عامي 2009 و2025 لبناء رؤية أعمق وأكثر تفصيلاً للطائرة من أي وقت مضى. تعد هذه الملاحظات جزءًا من مشروع MOJAVE طويل المدى (مراقبة نفاثات نواة المجرة النشطة باستخدام VLBA)، والذي يهدف إلى إجراء دراسة منهجية للسطوع والاستقطاب وبنية المجال المغناطيسي للنفاثات المجرية النشطة لفهم كيفية ارتباط النشاط بالقرب من الثقوب السوداء فائقة الكتلة بالإشعاع عالي الطاقة وإنتاج النيوترينو.
وقال المؤلف الأول يوري كوفاليف، الذي يقود مشروع Mu SES ويعمل الآن في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي: "عندما قمنا بإعادة بناء هذه الصورة، كانت مذهلة بكل بساطة". "لم نر مثل هذا المشهد من قبل - طائرة نفاثة تواجهنا تقريبًا، مصحوبة ببنية مجال مغناطيسي حلقية (على شكل حلقة) مثالية تقريبًا." وأظهرت النتائج أن الأرض تقع بشكل شبه مباشر على محور هذه الدفقة، وأن زاوية نظرها أقل من 0.6 درجة. بمعنى آخر، ينظر البشر تقريبًا مباشرة إلى الطائرة على طول الاتجاه.
أصبح هذا الهيكل الهندسي هو المفتاح لحل اللغز. وبما أن التدفق موجه بدقة تقريبًا نحو الأرض، فإن تأثير سطوع دوبلر في النسبية سيزيد بشكل كبير من سطوعه الظاهري في اتجاهنا. ووجدت الدراسة أن هذا التأثير يمكن أن يضخم الإشعاع بنحو 30 مرة، وفي الوقت نفسه يجعل الطائرة تبدو وكأنها تتحرك بشكل أبطأ مما تفعله بالفعل في صور الراديو بسبب تأثير الإسقاط، مما يخلق "وهمًا بصريًا" كلاسيكيًا. وأشار المؤلف المشارك جاك ليفينغستون، وهو أيضًا من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي، إلى أن هذا المحاذاة لا يفسر الزيادة الشديدة في السطوع فحسب، بل يحل أيضًا بشكل طبيعي المشكلة الطويلة الأمد المتمثلة في "الطائرة بطيئة جدًا".
كما يوفر المنظور "المباشر" تقريبًا للعلماء فرصة نادرة لإلقاء نظرة خاطفة على تفاصيل المجال المغناطيسي في الطائرة. بمساعدة إشارات الراديو المستقطبة، اكتشف الفريق مكون مجال مغناطيسي واضح على شكل حلقة (على شكل كعكة دائرية) في النفاثة، مما يشير إلى وجود تيار مستمر في النفاثة، ويلعب مجالها المغناطيسي دورًا مهمًا في انبعاث النفاثة وموازاتها واستقرارها. ويتكهن الباحثون بأن هذا الهيكل المغناطيسي الدقيق قد يكون أيضًا أحد الآليات الرئيسية التي تعمل على تسريع الجسيمات العالية بما يكفي لإنتاج أشعة جاما ونيوترينوات عالية الطاقة.
"إن كشف هذه المشكلة يؤكد أيضًا أن نوى المجرة النشطة التي تحتوي على ثقوب سوداء فائقة الكتلة ليست فقط مسرعات قوية للإلكترونات عالية الطاقة، ولكنها أيضًا مصانع طبيعية لتسريع البروتونات. وهذا هو مصدر النيوترينوات عالية الطاقة التي نلاحظها." وأكد كوفاليف. يعد هذا البحث جزءًا من مشروع MuSES (دراسة الطاقة العالية متعددة المراسلات) الممول من مجلس البحوث الأوروبي، والذي يركز على استكشاف كيفية تسريع النوى المجرية النشطة للجسيمات وترك بصماتها في مجموعة متنوعة من الإشارات الكونية مثل الضوء والنيوترينوات. يعتقد المجتمع العلمي عمومًا أن اكتشاف العلاقة الدقيقة بين عملية تسريع البروتون وإنتاج النيوترينوات يظل أحد أهم المشكلات التي لم يتم حلها في الفيزياء الفلكية اليوم.
لا تفسر النتائج الأخيرة فقط سبب قدرة بعض البلازارات على إصدار إشعاعات عالية الطاقة شديدة السطوع على الرغم من أن النفاثات تبدو "بطيئة"، ولكنها أيضًا تعزز الاتصال بين العديد من العناصر الفيزيائية الرئيسية على مستوى أكبر: النفاثات النسبية، وهياكل المجال المغناطيسي، وأشعة جاما، والنيوترينوات عالية الطاقة. وذكر فريق البحث أن هذا الاكتشاف يكشف عن أدلة جديدة لفهم أقوى مسرع الجسيمات الطبيعية في الكون، ويوفر تنويرًا مهمًا لعلم الفلك متعدد الرسل - من خلال التحليل المشترك لـ "الرسل" المتعددة مثل الفوتونات والنيوترينوات، من المتوقع أن يستعيد البشر بشكل أكثر شمولاً المظهر الحقيقي للأحداث المتطرفة في الكون.