ما هي النجوم النابضة؟ وكيف اكتشفت وكيف تتشكل

ما هي النجوم النابضة؟ وكيف اكتشفت وكيف تتشكل

يُظهر مفهوم هذا الفنان النجم النابض ، الذي يشبه المنارة ، حيث يظهر نوره في نبضات منتظمة أثناء دورانه. النجوم النابضة هي بقايا كثيفة من النجوم المتفجرة ، وهي جزء من فئة من الأشياء تسمى النجوم النيوترونية.

تبعث هذه البقايا شديدة الكثافة للنجوم الضخمة حزما من الإشعاع مثل المنارة.

النجم النابض هو نوع خاص من النجوم النيوترونية ، وهو البقايا فائقة الكثافة لنجم ضخم. 

تصدر النجوم النابضة حزمًا من الإشعاع تكتسح في دوائر بينما يدور النجم النابض. عندما تومض تلك الحزم فوق الأرض ، نراها على أنها نبضات منتظمة ومتكررة من البث الراديوي. 

"النجوم النابضة هي كائنات مذهلة بحد ذاتها - كتلة الشمس محشورة في كرة صغيرة بحجم مدينة ، تدور حول محورها ، في بعض الحالات أسرع من خلاط المطبخ ، وأشعة واسعة من موجات الراديو عبر السماء ،" آن أرشيبالد ، أستاذ علم الفلك في جامعة نيوكاسل في المملكة المتحدة ، أخبر Live Science AR في رسالة بريد إلكتروني.

من اكتشف النجوم النابضة؟

في عام 1967 ، كانت طالبة دراسات عليا تُدعى جوسلين بيل تدرس نتائج مجموعة التلألؤ بين الكواكب في مرصد مولارد لعلم الفلك الراديوي في كامبريدج بالمملكة المتحدة ، وكانت تعمل مع مستشارها ، أنتوني هيويش ، عندما وجدوا مصدرًا لتكرار الإشارات الراديوية القادمة من نفس المكان في السماء كل ليلة ، وفقا لمرفق التلسكوب الوطني الأسترالي CSIRO.

كانت الإشارة منتظمة للغاية ، وتتكرر كل 1.33 ثانية ، لدرجة أن بيل وهويش تساءلوا عما إذا كانا قد تعثرا عبر رسالة من حضارة فضائية متقدمة. حتى أنهم أطلقوا على المصدر في البداية اسم "LGM-1" لـ "الرجال الخضر الصغار". ولكن بمجرد العثور على مصادر أخرى مماثلة في أجزاء أخرى من السماء ، عرفوا أن الإشارات يجب أن يكون لها أصل طبيعي (وإلا فإن الفضائيين سيكونون في كل مكان).

على الرغم من أن النجوم النابضة تنبعث في جميع الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي ، فإن الموجات الراديوية هي الأفضل في اختراق سحب الغاز بين النجوم والغبار في المجرة ، ولذلك يميل علماء الفلك إلى رؤية الأجسام البعيدة في الطيف الراديوي قبل أجزاء أخرى من الطيف.

كيف تتشكل النجوم النابضة؟

قبل اكتشاف النجوم النابضة ، كان علماء الفلك قد افترضوا بالفعل إمكانية وجود نجوم نيوترونية. لقد توصلوا إلى أنه عندما يموت نجم أكبر بكثير من الشمس ، فإنه في بعض الأحيان يمكن أن يترك وراءه نواة كثيفة بشكل لا يصدق. أطلق علماء الفلك على هذا اللب اسم نجم نيوتروني. النجم النيوتروني له كثافة عالية بشكل لا يصدق (تقريبًا نفس كثافة نواة الذرة) ، مما يضع عدة شموس من المواد في حجم على بعد أميال قليلة فقط ، وفقا لمرصد علم الفلك الراديوي الوطني التابع لمؤسسة العلوم الوطنية.

يُظهر هذا الرسم التوضيحي خطوط المجال المغناطيسي البارزة من نجم نيوتروني عالي المغناطيسية ، أو كتلة صلبة كثيفة متبقية بعد انفجار نجم مستعر أعظم وانفجاره. تولد هذه الأجسام ، المعروفة باسم النجوم المغناطيسية ، رشقات نارية ساطعة من الضوء قد يتم تشغيلها بواسطة مجالاتها المغناطيسية القوية.

بينما تتكون النجوم النيوترونية بالكامل تقريبًا من النيوترونات ، فإنها تحتوي على بعض البروتونات موجبة الشحنة. نظرًا لأن النجوم النيوترونية صغيرة جدًا وكثيفة ، فإنها تدور بسرعة مذهلة. تعمل الشحنات التي تتحرك في دائرة على زيادة قوة الحقول المغناطيسية القوية بشكل لا يصدق ، ويمكن لتلك المغناطيسية إطلاق حزم من الإشعاع تنطلق من الأقطاب المغناطيسية للنجم النيوتروني.

كيف تنبض النجوم النابضة؟

نادرًا ما تصطف الأقطاب المغناطيسية للنجم النيوتروني مع محور دورانه. هذا تمامًا مثل الأرض: الأقطاب المغناطيسية لكوكبنا لا تتوافق مع أقطابها الجغرافية. على النجوم النيوترونية ، يتسبب هذا في اجتياح شعاع الإشعاع عبر الفضاء في دوائر فوق وتحت النجم ، وفقا لـ Imagine the Universe التابع لوكالة ناسا.

إذا أخطأت حزم الإشعاع الأرض ، سيرى علماء الفلك نجمًا نيوترونيًا عاديًا. ولكن إذا اجتاحت الحزمة الأرض ، فستكتشف التلسكوبات هنا انفجارًا للإشعاع في كل مرة تدور فيها الشعاع حولها. من منظور إيراني ، تبدو هذه مثل الومضات العادية أو نبضات الإشعاع ، ومن هنا جاء اسم "النجوم النابضة".

الومضات الصادرة عن النجوم النابضة منتظمة للغاية ، حيث يحافظ البعض على دورات منتظمة في حدود جزء من المليار من النانو ثانية. 

قال أرشيبالد: "الأمر يشبه وجود ساعة دقيقة مثبتة بشكل ملائم في مكان ما في المجرة".

هل النجوم النابضة خطيرة؟

من بعيد ، النجوم النابضة ليست أكثر خطورة من أي نوع غريب آخر من النجوم في الكون. ومع ذلك ، فإن الاقتراب والشخصية من نجم نابض سيكون فكرة سيئة. بالإضافة إلى حزم الإشعاع ، تحتوي النجوم النابضة عادةً على مجالات مغناطيسية قوية جدًا ، وغالبًا ما تكون النجوم النيوترونية نفسها ساخنة بدرجة كافية لإصدار أشعة سينية . لحسن الحظ ، فإن أقرب نجم نابض معروف ، PSR J0108-1431 ، يبعد بأمان 424 سنة ضوئية.

يُظهر هذا الرسم المكون من أربع لوحات النجمين النابضين اللذين رصدهما مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا. يقع Geminga في أعلى اليسار و B0355 + 54 في أعلى اليمين. في كلتا الصورتين ، تم دمج الأشعة السينية لشاندرا ، باللون الأزرق والبنفسجي ، مع بيانات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا. يوضح الرسم التوضيحي للفنان أسفل كل صورة الشكل الذي قد يبدو عليه هيكل كل سديم رياح نابض.

كم عدد النجوم النابضة؟

على الرغم من أن علماء الفلك يعتقدون أن هناك حوالي مليار نجم نيوتروني في مجرة ​​درب التبانة ، إلا أننا نعرف فقط حوالي 2000 نجم نابض. جزء من سبب هذا التناقض هو أن شعاع إشعاع النجم النابض يجب أن يصطف تمامًا مع الأرض حتى تتمكن التلسكوبات هنا من رؤيته. ثانيًا ، ليس كل نجم نيوتروني يدور بسرعة كافية أو لديه مجال مغناطيسي قوي بما يكفي لتوليد حزم من الإشعاع. أخيرًا ، رسم علماء الفلك خرائط لجزء صغير فقط من الحجم الإجمالي للمجرة ، ولم يلاحظوا كل نجم نابض ، وفقا لوكالة ناسا .

لماذا تتباطأ النجوم النابضة؟

من خلال الملاحظات الدقيقة ، وجد علماء الفلك أن النجوم النابضة تميل إلى التباطؤ مع مرور الوقت. يتطلب إصدار حزم إشعاع قوية طاقة ، وتأتي هذه الطاقة من الطاقة الدورانية للنجم النيوتروني. مع استمرار النجم النابض في الدوران ، يبطئ ويفقد الطاقة. في النهاية ، بعد عدة ملايين من السنين ، "يتوقف" النجم النابض ويصبح نجمًا نيوترونيًا عاديًا ، وفقا لمركز الفيزياء الفلكية والحوسبة الفائقة بجامعة سوينبورن. في استراليا.

ومع ذلك ، في بعض الأحيان يمكن للنجم النيوتروني سحب المواد من رفيق نجم قريب. تضيف هذه العملية زخمًا زاويًا إلى النجم النيوتروني ، مما يمكّنه من الصعود ليصبح نجمًا نابضًا مرة أخرى.

باستخدام شاندرا ومراصد الأشعة السينية الأخرى ، وجد علماء الفلك دليلاً على ما يُرجح أنه أحد أكثر النجوم النابضة تطرفاً ، أو النجوم النيوترونية الدوارة ، التي تم اكتشافها على الإطلاق. يُظهر المصدر خصائص نجم نيوتروني ممغنط بدرجة عالية ، أو نجم مغناطيسي ، ومع ذلك فإن فترة دورانه المستخلصة أطول بآلاف المرات من أي نجم نابض تم رصده على الإطلاق. تُظهر هذه الصورة المركبة RCW 103 ومصدرها المركزي ، المعروف رسميًا باسم 1E 161348-5055 (1E 1613 ، باختصار) ، في ثلاثة نطاقات من ضوء الأشعة السينية التي اكتشفها تشاندرا.

ما الذي يمكن استخدام النجوم النابضة فيه؟

إلى جانب دراسة النجوم النابضة في حد ذاتها ، يمكن لعلماء الفلك استخدامها لأغراض بحثية أخرى. أحد أكثر التطبيقات المحيرة هو مجال علم فلك الموجات الثقالية ، والذي يدرس التموجات في الزمكان المتكون عندما تصطدم الأجسام الضخمة.

أوضح أرشيبالد أن "موجات الجاذبية تنتج عن بعض الأحداث الأكثر إثارة في الكون ، وهي تعطينا طريقة لدراسة هذه الأحداث تختلف تمامًا عما نحصل عليه عادةً من خلال اكتشاف موجات الضوء أو الراديو." 

عندما تصطدم الأجسام وتطلق موجات الجاذبية ، فإن هذه الموجات تغير المسافات بين النقاط. لذلك إذا كان علماء الفلك قد تم تدريب تلسكوباتهم على نجم نابض ، فإن المدة بين النبضات قد تقصر أو تطول إذا كانت هناك موجة جاذبية تمر بها.

من خلال مراقبة شبكات النجوم النابضة ، يأمل علماء الفلك في التقاط إشارات مرور موجات الجاذبية. بدأ البحث للتو ، لكن أرشيبالد ، الذي هو جزء من أحد هذه التعاونات ، متحمس. 

قال أرشيبالد: "في البداية ، نتوقع أن نرى موجات الجاذبية مشوشة تمامًا ، ولكن مع ذلك سيخبرنا المزيد عن كيفية تشكل المجرات" ، "مع تحسن حساسيتنا ، على الرغم من ذلك ، قد نكتشف أزواجًا فردية من الثقوب السوداء ، مكامن الخلل في الكون أو شيء غير متوقع على الإطلاق ".

مصادر إضافية

أنتجت ناسا هذا الفيديو الرائع الذي يبحث في فيزياء النجوم النابضة ، والذي يمكنك مشاهدته هنا. للأطفال (والأطفال في القلب) في حياتك ، هذا الكتاب يقدم مقدمة ممتازة إلى النجوم النابضة للقراء الصغار. شاهد مكتشفات النجوم النابضة ، السيدة جوسلين بيل بورنيل ، تلقي هذه المحاضرة العامة حول تاريخها في هذا الفيديو.

فهرس

ماتيسون ، ب. (2021 ، 23 سبتمبر). النجوم النيوترونية تخيل الكون https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/neutron_stars1.html

هوبز ، م. (2022 ، 15 فبراير). مقدمة إلى مرفق تلسكوب أستراليا التابع لـ Pulsars CSIRO https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/everyone/pulsars/index.html

(2022). المرصد الفلكي الراديوي الوطني للنجوم النابضة https://public.nrao.edu/radio-astronomy/pulsars/

(2007 ، 30 أغسطس) بولسار كوزموس - موسوعة SAO لعلم الفلك https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/p/pulsar

بون ، ك. (2007 ، 23 أغسطس) تلسكوب أشعة جاما التابع لناسا فيرمي للنجوم النيوترونية https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/science/neutron_stars.html