اكتشاف نبضات راديوية من نجم ميت غامض

على مدار العقد الماضي، اكتشف العلماء ظاهرة محيرة: نبضات راديوية قادمة من داخل مجرتنا درب التبانة تنبض كل ساعتين، مثل نبضات القلب الكونية. وبدا أن هذه النبضات الراديوية الطويلة، التي استمرت ما بين 30 و90 ثانية، تأتي من اتجاه كوكبة أورسا ماجور، حيث يقع الدب الأكبر.

والآن، تمكن علماء الفلك من تحديد المصدر المدهش للنبضات الراديوية غير الاعتيادية: نجم ميت، يسمى القزم الأبيض، يدور عن كثب حول نجم قزم أحمر صغير وبارد. الأقزام الحمراء هي أكثر أنواع النجوم شيوعاً في الكون.

ويدور النجمان، المعروفان معاً باسم ILTJ1101، حول بعضهما البعض بشكل وثيق لدرجة أن حقليهما المغناطيسيين يتفاعلان مع بعضهما البعض، مما يؤدي إلى انبعاث ما يُعرف باسم الرشقات الراديوية العابرة طويلة المدى، أو LPT. في السابق، كان يتم تتبع الانفجارات الراديوية الطويلة فقط للنجوم النيوترونية، وهي البقايا الكثيفة التي تُركت بعد انفجار نجمي هائل.

لكن هذا الاكتشاف، الموصوف في دراسة نُشرت يوم الأربعاء في مجلة Nature Astronomy، يُظهر أن حركات النجوم داخل زوج نجمي يمكن أن تخلق أيضاً انفجارات راديوية عابرة طويلة الأمد نادرة.

قالت الدكتورة إيريس دي رويتر، مؤلفة الدراسة الرئيسية، وهي باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة سيدني في أستراليا: "لقد حددنا لأول مرة النجوم التي تنتج النبضات الراديوية في فئة جديدة غامضة من 'العابرين الراديويين ذوي الفترة الطويلة'".

يقول علماء الفلك إن هذه الملاحظات غير المسبوقة لمثل هذه الانفجارات الراديوية الساطعة والطويلة من هذا النظام النجمي الثنائي هي مجرد بداية. يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف العلماء على فهم أفضل لأنواع النجوم القادرة على إنتاج وإرسال نبضات راديوية عبر الكون - وفي هذه الحالة، يكشف تاريخ وديناميكية نجمين متشابكين.

محبوسان في رقصة نجمية

لحل لغز مجرة درب التبانة، ابتكرت دي رويتر طريقة لتحديد النبضات الراديوية التي تدوم من ثوانٍ إلى دقائق داخل أرشيف تلسكوب مصفوفة الترددات المنخفضة أو LOFAR، وهي شبكة من التلسكوبات الراديوية في جميع أنحاء أوروبا. وهي أكبر مصفوفة راديوية تعمل على أقل الترددات التي يمكن رصدها من الأرض.

وقد اكتشفت دي رويتر، التي طورت طريقتها عندما كانت طالبة دكتوراه في جامعة أمستردام، نبضة واحدة من الملاحظات التي أجريت في عام 2015. ثم، بالتركيز على نفس البقعة من السماء، وجدت ست نبضات أخرى. وبدا أن جميع هذه النبضات تنشأ من نجم قزم أحمر خافت. لكن دي رويتر لم تعتقد أن النجم قادر على إنتاج موجات راديوية من تلقاء نفسه. لابد من وجود شيء آخر يحرضها.

واختلفت النبضات عن الانفجارات الراديوية السريعة، وهي ومضات من الموجات الراديوية الساطعة بشكل لا يُصدق، والتي يبلغ طولها أجزاء من الثانية. وقالت دي رويتر إن جميع الاندفاعات الراديوية السريعة تقريبًا تنشأ من خارج مجرتنا، وفي حين أن بعضها يتكرر، يبدو أن العديد منها أحداث تحدث لمرة واحدة. كما أن الانفجارات الراديوية السريعة أكثر إضاءة.

قال المؤلف المشارك في الدراسة تشارلز كيلباتريك، أستاذ مساعد باحث في مركز الاستكشافات والأبحاث متعددة التخصصات في الفيزياء الفلكية بجامعة نورث وسترن في بيان: "تتشابه النبضات الراديوية إلى حد كبير مع الـ FRBs، لكن لكل منهما أطوال مختلفة".

"إن النبضات لها طاقات أقل بكثير من نبضات الـ FRBs وعادة ما تستمر لعدة ثوان، على عكس نبضات الـ FRBs التي تستمر لأجزاء من الثانية. لا يزال هناك تساؤل كبير حول ما إذا كانت هناك سلسلة متصلة من الأجسام بين الأجسام العابرة الراديوية طويلة الأمد و FRBs، أو ما إذا كانت مجموعات متميزة."

أجرت دي رويتر وزملاؤها أرصاد متابعة للنجم القزم الأحمر باستخدام تلسكوب المرايا المتعددة الذي يبلغ طوله 21 قدماً (6.5 متر) في مرصد MMT على جبل هوبكنز في أريزونا، بالإضافة إلى جهاز LRS2 على تلسكوب هوبي-إيبيرلي الموجود في مرصد ماكدونالد في جبال ديفيس في تكساس.

وقال كيلباتريك إن عمليات الرصد أظهرت أن القزم الأحمر كان يتحرك ذهاباً وإياباً بسرعة، وأن حركته تتطابق مع فترة الساعتين بين النبضات الراديوية. كانت الحركة ذهاباً وإياباً ناتجة عن جاذبية نجم آخر يشد القزم الأحمر. تمكن الباحثون من قياس الحركات وحساب كتلة النجم المرافق، الذي حددوا أنه قزم أبيض.

ووجد الفريق أن النجمين، الواقعين على بعد 1600 سنة ضوئية من الأرض، كانا ينبضان معاً أثناء دورانهما حول مركز جاذبية مشترك، حيث يكملان دورة واحدة كل 125.5 دقيقة.

فك رموز النبضات الغامضة

يعتقد فريق البحث أن هناك سببين محتملين وراء النبضات. إما أن يكون للقزم الأبيض مجال مغناطيسي قوي يطلق النبضات بشكل روتيني، أو أن المجالات المغناطيسية للنجم القزم الأحمر والقزم الأبيض تتفاعل أثناء دورانهما في مدارهما.

وقد خطط الفريق لرصد ILTJ1101 ودراسة أي ضوء فوق بنفسجي قد يكون منبعثاً من النظام، مما قد يكشف المزيد عن كيفية تفاعل النجمين في الماضي. كما تأمل دي رويتر أيضاً أن يتمكن الفريق من رصد النظام في ضوء الراديو والأشعة السينية خلال حدث نبضي، مما قد يلقي الضوء على التفاعل بين المجالين المغناطيسيين.

وقالت دي رويتر: "في الوقت الحالي اختفت النبضات الراديوية تماماً، ولكن قد تعود هذه النبضات مرة أخرى في وقت لاحق".

يقوم الفريق أيضاً بتمشيط بيانات لوفار بحثاً عن نبضات طويلة أخرى.

قال الدكتور كاوستوبه راجوادي، وهو عالم فلك راديوي في قسم الفيزياء في جامعة أكسفورد، في بيان: "لقد بدأنا في العثور على عدد قليل من هذه النبضات الطويلة في بياناتنا الراديوية". "كل اكتشاف يخبرنا بشيء جديد عن الأجسام الفيزيائية الفلكية المتطرفة التي يمكن أن تخلق الانبعاثات الراديوية التي نراها."

وقد عثرت مجموعات بحثية أخرى على 10 أنظمة انبعاثات راديوية طويلة تنبعث منها نبضات راديوية على مدى العامين الماضيين، وهم يحاولون تحديد ما الذي يخلقها لأن النبضات، التي تنشأ جميعها في مجرة درب التبانة، "لا تشبه أي شيء عرفناه من قبل"، كما قالت دي رويتر.

وقالت ناتاشا هورلي-والكر، عالمة الفلك الراديوي والأستاذة المساعدة في عقدة جامعة كيرتن التابعة للمركز الدولي لأبحاث علم الفلك الراديوي في أستراليا، إنه على عكس الرشقات القصيرة التي تنتجها النجوم النابضة، أو النجوم النيوترونية سريعة الدوران، يمكن أن تستمر نبضات LPTs في أي مكان من بضع ثوانٍ إلى ما يقرب من ساعة. لم تشارك هيرلي والكر في الدراسة الجديدة.

قالت هورلي-والكر عبر البريد الإلكتروني: "إذا نظرنا إلى الوراء، نجد أن المصادر الراديوية العابرة قد حفزت بعضاً من أكثر الاكتشافات إثارة في الفيزياء الفلكية: اكتشاف النجوم النابضة وبالتالي النجوم النيوترونية، واكتشاف الـ FRBs التي فتحت القدرة على قياس المادة غير المرئية بين المجرات، والآن اكتشاف LPTs، حيث أننا ما زلنا في قمة جبل الجليد فقط من حيث ما ستخبرنا به". "الأمر المدهش بالنسبة لي هو أننا الآن بعد أن علمنا بوجود هذه المصادر، نجدها في الواقع في البيانات التاريخية التي تعود إلى عقود من الزمن - لقد كانت مختبئة على مرأى من الجميع."

وقالت إن استبيان السماء باستخدام تلسكوبات راديوية قوية سيؤدي فقط إلى المزيد من الاكتشافات المذهلة.

وقالت هورلي-والكر عن الإشارات التي يمكن أن تكون ناتجة عن حياة ذكية، وهو أمر سعى معهد سيتي إلى اكتشافه لعقود من الزمن، "سيكون أكبرها على الأرجح اكتشاف إشارات تقنية عبر سيتي".