منارة كونية بالقرب من ثقب أسود فائق الكتلة
في مركز مجرة درب التبانة، على بعد حوالي ستة وعشرين ألف سنة ضوئية من الأرض، يقع القوس أ*، وهو ثقب أسود فائق الكتلة بكتلة تعادل أربعة ملايين شمس. وهو واحد من أكثر الأجرام المدروسة في الفيزياء الفلكية الحديثة، لكن المنطقة المحيطة به تستمر في تقديم مفاجآت. أحدث اكتشاف يأتي من باحثي جامعة Columbia ومشروع Breakthrough Listen، الذين حددوا مرشحاً نجماً نابضاً يدور بسرعة غير عادية في الحي المباشر للثقب الأسود المركزي لمجرتنا.
يصف الكشف المنشور في مجلة The Astrophysical Journal مرشحاً نجماً نابضاً بفترة 8.19 ميلي ثانية، مما يعني أنه إذا تم تأكيده، فستكمل هذه النجمة النيوترونية دورة واحدة تقريباً 122 مرة في الثانية. النجوم النابضة هي بقايا فائقة الكثافة للنجوم الضخمة التي انتهت حياتها بانفجارات المستعرات الأعظمية، تضغط كتلتها المتبقية في كرة بحجم حوالي عشرين كيلومتر فقط مع توليد حقول مغناطيسية كثيفة وإصدار شعاع مركز من الموجات الراديوية التي تمسح عبر الفضاء مثل شعاع المنارة.
العثور على نجم نابض بهذا القرب من القوس أ* كان هدفاً لعشرات السنين في علم الفلك الراديوي، وقد يشير هذا الاكتشاف إلى نقطة تحول في فهمنا لكل من نواة مجرتنا والفيزياء الأساسية التي تحكم الفضاء والزمن.
مسح مركز المجرة في Breakthrough Listen
ظهر الاكتشاف من مسح مركز المجرة في Breakthrough Listen، وهو واحد من أكثر البحث عن النجوم النابضة حساسية تم إجراؤه على الإطلاق في المنطقة المركزية المعقدة ديناميكياً من درب التبانة. Breakthrough Listen، برنامج بحثي علمي يهدف إلى إيجاد أدلة على الحضارات خارج الأرض، أعاد توجيه بعض قدراته الرصدية غير العادية للتحقيق في مركز المجرة عن نجوم نيوترونية سريعة الدوران.
مركز المجرة بيئة صعبة استثنائياً للملاحظات الراديوية. تشتت الغازات والغبار بين النجوم موجات الراديو، ظاهرة تُعرف بتوسيع التشتت، والتي تطمس توقيعات التوقيت الدقيقة التي تحدد النجوم النابضة. بالإضافة إلى ذلك، البيئة الجاذبة المكثفة بالقرب من القوس أ* تعرّف تأثيرات نسبوية تعقد الكشف بشكل أكبر. تشرح هذه التحديات لماذا، على الرغم من التنبؤات النظرية بأن مئات أو حتى آلاف النجوم النابضة يجب أن تسكن هذه المنطقة، تم تحديد عدد قليل فقط من المرشحين بالقرب منها.
استخدم الفريق تقنيات معالجة الإشارات المتقدمة لمعالجة الضوضاء، وحلل البيانات من جلسات الرصد المتعددة لبناء الثقة في كشفهم. تضع الفترة 8.19 ميلي ثانية هذا الجرم في فئة النجوم النابضة بالميلي ثانية، وهي من بين أكثر الساعات الطبيعية استقراراً في الكون.
لماذا هذا يهم للنسبية العامة
نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، المنشورة منذ أكثر من قرن، تظل وصفنا الأفضل للجاذبية وهندسة الزمكان. تم تأكيدها من قبل كل تجربة تم تصميمها لاختبارها، من انحناء الضوء حول الشمس إلى اكتشاف الموجات الثقالية من الثقوب السوداء المندمجة. ومع ذلك، لم تتم اختبار أنظمة معينة بشكل كافٍ، خاصة الشروط الجاذبة الشديدة بالقرب من الثقوب السوداء الفائقة الكتلة.
ستعمل نجم نابض يدور حول القوس أ* كساعة دقيقة طبيعية مضمنة في أقوى حقل جاذبية يمكن الوصول إليه للرصد. من خلال تتبع أوقات الوصول الدقيقة لنبضاته الراديوية على مدى أشهر وسنوات، يمكن لعلماء الفلك قياس انحناء الزمكان حول الثقب الأسود بدقة غير مسبوقة. أي انحراف عن تنبؤات النسبية العامة قد يشير إلى فيزياء جديدة، مما قد يشير إلى نظرية الكم للجاذبية التي ظلت تراوغ الفيزيائيين لعقود.
ستسمح القياسات الدقيقة الممكنة من خلال هذا النظام أيضاً للعلماء بتحديد معدل الدوران والكتلة الدقيقة للقوس أ* بمستويات دقة جديدة، واختبار تخمين الرقابة الكونية الذي ينص على أن التفردات يجب أن تكون مخفية دائماً خلف آفاق الحدث، والبحث عن آثار غريبة يتنبأ بها نظريات بديلة للجاذبية.
احتمالية النجم المغناطيسي الميت
ما يجعل هذا الكشف بالذات مثيراً للاهتمام بشكل خاص هو احتمالية أن يكون الجرم ليس مجرد نجم نابض بل نجماً مغناطيسياً، وهو نجم نيوتروني بحقل مغناطيسي أقوى بحوالي 1000 مرة من النجم النابض العادي. النجوم المغناطيسية من بين أكثر الأجرام تطرفاً في الكون المعروف، وقادرة على إنتاج انفجارات أشعة إكس وأشعة غاما قوية بما يكفي ليتم اكتشافها عبر المجرة.
يُعرف أن مركز المجرة يضم نجماً مغناطيسياً مؤكداً، SGR J1745-2900، تم اكتشافه في 2013. احتمالية وجود نجم نيوتروني مغناطيسي ثانٍ في هذه المنطقة يثير أسئلة حول كيفية تكوّن هذه الأجرام وبقاءها في البيئة المدية الشديدة بالقرب من ثقب أسود فائق الكتلة. فهم كيفية تكوّن النجوم المغناطيسية والبقاء بالقرب من القوس أ* قد يوفر رؤى في ديناميكيات السكان النجمية لنوى المجرات، وهو مجال له آثار على فهم تطور المجرات عبر الكون.
إذا كان المرشح بالفعل نجماً مغناطيسياً، فإن معدل دورانه السريع سيضعه بين أسرع النجوم المغناطيسية دوراناً التي تم اكتشافها على الإطلاق، مما يضيف طبقة أخرى من الاهتمام العلمي لاكتشاف مذهل بالفعل.
الطريق إلى التأكيد
فريق البحث حريص على التأكيد على أن هذا يبقى كشفاً مرشحاً، وليس اكتشافاً مؤكداً. يعاني البحث عن النجوم النابضة من نتائج إيجابية كاذبة من تداخل الراديو الأرضي والتنسيقات الآلية والظواهر الفيزيائية الفلكية الطبيعية التي يمكن أن تحاكي الإشارات الدورية. تضيف البيئة المتناثرة الشديدة لمركز المجرة عدم يقين إضافياً.
لتشجيع أوسع نطاق من التدقيق، جعل Breakthrough Listen جميع البيانات الرصدية متاحة للجمهور، مما يسمح لفرق البحث حول العالم بإجراء تحليلات مستقلة. جارٍ بالفعل ملاحظات متابعة إضافية باستخدام تلسكوبات راديوية متعددة، بهدف إعادة اكتشاف الإشارة والتوصيف الأدق لخصائصها.
يتطلب التأكيد اكتشاف النجم النابض في عمليات رصد مستقلة متعددة، وقياس فترته بدقة كافية لاستبعاد التفسيرات البديلة، ويفضل ملاحظة التغييرات في إشاراته التي ستشير إلى الحركة المدارية حول القوس أ*. ستكون هذه الخطوة الأخيرة الأكثر قيمة علمياً، لأنها ستتيح على الفور اختبارات النسبية العامة التي جعلت هذا الاكتشاف متوقعاً بشدة.
نافذة إلى أكثر البيئات قسوة في المجرة
الفرسخ المركزي لدرب التبانة هو أحد أكثر البيئات الفيزيائية الفلكية تطرفاً المعروفة. تدور النجوم حول الثقب الأسود الفائق الكتلة بآلاف الكيلومترات في الثانية. تنطفئ سحب الغاز الحار للداخل، وتنتج أحياناً توهجات مرئية عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله. كثافة النجوم أعلى بملايين المرات من حيتنا الشمسية.
فهم هذه البيئة ليس مجرد اهتمام محلي. تقيم الثقوب السوداء الفائقة الكتلة في مراكز معظم المجرات، والعمليات الفيزيائية التي تحدث بالقرب من القوس أ* تتكرر على نطاق أكبر بكثير في نوى المجرات النشطة والكوازارات عبر الكون. كل رؤية مستمدة من دراسة مركز مجرتنا الخاص تساهم في فهم أوسع لكيفية تفاعل الثقوب السوداء مع محيطها وتشكيل المجرات التي تضمها.
ستوفر نجم نابض مؤكد في هذه المنطقة مسحاً ثابتاً ودقيقاً لهذه الظروف، مما يتيح تدفقاً مستمراً من البيانات حول حقل الجاذبية والبيئة المغناطيسية وتوزيع المادة بالقرب من الثقب الأسود. قد يكون، بكلمات أحد الباحثين، مثل وضع أداة مختبر دقيقة على حافة هاوية كونية.
ما يأتي بعد ذلك
تراقب المجتمع الفلكي هذا المرشح باهتمام شديد. إذا تم تأكيده، سيصبح فوراً أحد أكثر الأجرام قيمة علمية في السماء، جاذباً وقت الرصد من تلسكوبات راديوية حول العالم. ستكون الآثار على الفيزياء الأساسية والفيزياء الفلكية وفهمنا لهيكل درب التبانة عميقة جداً.
في الوقت الحالي، يتم تحليل البيانات، وتتم حالياً تخطيط الملاحظات المتابعة، والمجتمع العلمي يمارس التفاؤل الحذر الذي يميز أفضل العلوم. قد تكون درب التبانة بالفعل تخفي سراً غير عادي في قلبها. لقد بدأ للتو العمل على تأكيده.
هذه المقالة تستند إلى تقارير من Space.com. اقرأ المقال الأصلي.
