إبرة في كومة قش كونية
مركز درب التبانة هو أحد أكثر البيئات تطرفاً في الكون المعروف. تدور حول القوس A*، الثقب الأسود الفائق الذي يحتوي على حوالي أربعة ملايين ضعف كتلة شمسنا، دوامة من الغاز والغبار والإشعاع الشديد والقوى الجاذبية التي تحرف نسيج الزمكان نفسه. لقد نظر العلماء طويلاً إلى أن النجوم النيوترونية — نجوم دوارة سريعة تبث شعاعات موجات الراديو مثل منارات كونية — يجب أن توجد في هذه المنطقة، لكن الكشف عنها أثبت أنه صعب للغاية. الآن، قام فريق من جامعة كولومبيا بذلك بالضبط، حيث حدد مرشح نجم نيوتروني ميلي ثانية يدور بفترة تبلغ 8.19 ميلي ثانية فقط في مركز المجرة.
تم نشر الاكتشاف في The Astrophysical Journal، وظهر من مسح مركز المجرة من Breakthrough Listen، وهو أحد أكثر التحقيقات الإذاعية حساسية التي أجريت على الإطلاق في قلب مجرتنا المضطرب. يقوده الحاصل على درجة الدكتوراه من كولومبيا مؤخراً Karen I. Perez وقد تم تأليفه بالاشتراك مع Slavko Bogdanov من مختبر الفيزياء الفلكية بجامعة كولومبيا، ويمثل الدراسة سنوات من المراقبة الدقيقة وتحليل البيانات باستخدام تلسكوب Green Bank في فيرجينيا الغربية.
لماذا تهم نجوم النيوترون ميلي ثانية
النجوم النيوترونية هي بقايا منهارة من النجوم الضخمة التي انتهت حياتها في انفجارات المستعرات الأعظمية. ما يبقى هو نجم نيوتروني كثيف للغاية — كرة بحجم حوالي مدينة ولكنها تحتوي على كتلة أكثر من الشمس — يدور بسرعة ويبث حزماً موجهة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. عندما يدور النجم النيوتروني، تجتاح هذه الحزم الفضاء مثل شعاع منارة، مما يخلق نبضات منتظمة يمكن اكتشافها بواسطة تلسكوبات الراديو على الأرض.
نجوم النيوترون ميلي ثانية هي فئة فرعية خاصة تدور بسرعة خاصة، مما ينتج عنه مئات الدورات في الثانية. معدلات الدوران غير العادية تجعل سلوك التوقيت الخاص بها مستقراً بشكل ملحوظ — في بعض الحالات منافسة الساعات الذرية في الدقة. هذا الاستقرار هو ما يجعلها أدوات لا تقدر بثمن لتجارب الفيزياء الأساسية، لأن أي انحراف عن التوقيت المتوقع يمكن أن يكشف تأثير القوى الخارجية، بما في ذلك الجاذبية.
يكمل المرشح نجم النيوترون المحدد بالقرب من القوس A* دورة كاملة كل 8.19 ميلي ثانية، مما يضعه بقوة في فئة ميلي ثانية. بهذا المعدل، سيكون يدور حوالي 122 مرة في الثانية — رقم مذهل لجسم قد يكون أثقل من شمسنا.
مختبر لنظرية أينشتاين
يمتد الإثارة العلمية المحيطة بهذا الاكتشاف بعيداً عن اكتشاف نجم نيوتروني آخر. نجم نيوتروني ميلي ثانية يدور بالقرب من ثقب أسود فائق سيخلق ما يصفه الفيزيائيون بأنه مختبر طبيعي مثالي لاختبار النسبية العامة في ظروف لا يمكن تكرارها على الأرض أو في أي مكان آخر في الكون الحقيقي.
تنبأت نظرية النسبية العامة لأينشتاين، المنشورة عام 1915، بأن الأجسام الضخمة تحرف هندسة الزمكان حولها. بالقرب من ثقب أسود فائق، تصبح هذه التأثيرات التشويه متطرفة. ستحمل إشارات التوقيت الدقيقة من نجم نيوتروني ميلي ثانية يمر عبر هذا الزمكان المشوه شذوذاً قابلاً للقياس — انحرافات دقيقة ولكن قابلة للكشف عن نمط النبضة المنتظم الذي يشفر المعلومات حول بيئة الجاذبية.
من خلال مراقبة هذه الشذوذات في التوقيت بعناية على مدى أشهر وسنوات، يمكن للعلماء اختبار ما إذا كانت تنبؤات النسبية العامة تثبت صحتها في أقسى الظروف الجاذبية الممكنة. أي تناقضات بين السلوك المرصود والمتنبأ به قد تشير إلى فيزياء جديدة تتجاوز إطار أينشتاين، مما قد يوفر أدلة حول طبيعة الجاذبية على مستوى الكم — أحد أعمق المشاكل التي لم يتم حلها في الفيزياء الحديثة.
تحدي الكشف
العثور على نجوم نيوترون بالقرب من مركز المجرة صعب للغاية لعدة أسباب. تمتلئ المنطقة بالغاز والغبار الذي يشتت ويمتص إشارات الراديو، وهي ظاهرة معروفة باسم التشتت بين النجوم. هذا التشتت يوسع ويشوه إشارات نجم النيوترون، مما يجعل من الصعب تمييزها عن الضوضاء الخلفية. التأثير شديد بشكل خاص عند ترددات الراديو المنخفضة، وهذا هو السبب في أن فريق البحث استخدم قدرات التردد العالي لتلسكوب Green Bank للقطع عبر التداخل.
بالإضافة إلى ذلك، تخلق الكثافة البحتة للمصادر الإذاعية بالقرب من مركز المجرة خلفية صاخبة تعقد تحديد الإشارة. استخدم مسح Breakthrough Listen خوارزميات معالجة إشارات متطورة لغربلة كميات ضخمة من البيانات، وتبحث عن التوقيعات الدورية التي تميز نجوم النيوترون عن مصادر الراديو الأخرى.
على الرغم من عقود من البحث، تم تأكيد عدد قليل جداً من نجوم النيوترون بالقرب من القوس A*. كانت ندرة الاكتشافات بحد ذاتها لغزاً — تتنبأ النماذج بأن آلاف نجوم النيوترون يجب أن تأهل مركز المجرة، إلا أن حفنة فقط تم العثور عليها. يساعد كل اكتشاف جديد على تقييد فهمنا لسكان نجوم النيوترون في هذه البيئة المتطرفة.
لا يزال التأكيد مطلوباً
يتخذ الباحثون حذراً في تصنيف اكتشافهم كمرشح بدلاً من نجم نيوترون مؤكد. يجري العمل على ملاحظات المتابعة للتحقق من الكشف واستبعاد التفسيرات البديلة للإشارة المرصودة. إن الطبيعة الدورية والخصائص الطيفية للإشارة متسقة مع نجم نيوترون ميلي ثانية، لكن التأكيد المستقل من الحقب المرصودة الإضافية مطلوب قبل اعتبار الاكتشاف نهائياً.
في خطوة تعكس روح التعاون في الفيزياء الفلكية الحديثة، جعل فريق البحث بياناته متاحة للعامة، مما يشجع علماء الفلك في جميع أنحاء العالم على تحليل الملاحظات بشكل مستقل. يسرع هذا النهج المفتوح عملية التحقق ويسمح للمجتمع العلمي الأوسع بالمساهمة في ما قد يكون اكتشافاً تاريخياً.
النظر إلى الأمام
إذا تم تأكيده، سينضم هذا النجم النيوتروني إلى نادٍ صغير جداً من نجوم النيوترون المعروفة بالقرب من مركز المجرة وسيكون أول نجم نيوترون ميلي ثانية يتم اكتشافه في هذه المنطقة. يخلق مزيج دورانه السريع — مما يوفر توقيتاً عالي الدقة — وقربه من أكثر الأجسام كتلة في مجرتنا فرصة علمية حاول علماء الفيزياء الفلكية السعي وراءها لعقود.
ستتمتع الجيل التالي من تلسكوبات الراديو، بما في ذلك Square Kilometre Array قيد الإنشاء حالياً في أستراليا وجنوب أفريقيا، بحساسية أكبر للكشف عن نجوم النيوترون في البيئات الصعبة. لكن في الوقت الحالي، أثبت تلسكوب Green Bank وبرنامج Breakthrough Listen أنه مع الصبر والحساسية والتطور التحليلي الكافي، بدأ مركز المجرة في الكشف عن أسراره — نبضة تلو الأخرى.
تم تأليف هذا المقال على أساس تقارير Science Daily. اقرأ المقالة الأصلية.
