يتم شحن ألمع المستعرات الأعظم في الكون بواسطة النجوم المغناطيسية حديثة الولادة

يتم شحن ألمع المستعرات الأعظم في الكون بواسطة النجوم المغناطيسية حديثة الولادة

بقلم جوزيف هوليت حرره لي بيلينغز

موت كل نجم هو أمر درامي. تأخذ المستعرات الأعظمية فائقة السطوع المسرحيات إلى مستوى آخر.

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، رأى العلماء لأول مرة هذه الكوارث الواضحة، والتي يمكن أن تتألق لفترة أطول بكثير وتكون أكثر سطوعًا بعشر مرات من المستعر الأعظم العادي. ومنذ ذلك الحين، وهم يتساءلون عن العملية الفيزيائية التي تفسر وهجهم الاستثنائي والمستمر.

الآن يعرفون. في ورقة نشرت اليوم في المجلة طبيعةلقد حدد علماء الفيزياء الفلكية المصدر الحقيقي للمستعر الأعظم فائق السطوع: الإشعاع المنبعث من كرة من النيوترونات حديثة التشكل وممغنطة للغاية وسريعة الدوران بحجم مدينة – ما يسمى بالنجم المغناطيسي. إلى جانب حل لغز المستعرات الأعظمية فائقة السطوع، يمثل هذا أيضًا المرة الأولى التي يشهد فيها العلماء ولادة نجم مغناطيسي. وما كشف كل ذلك هو الشذوذ الغريب في النظرية النسبية العامة لأينشتاين.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

يقول جوزيف فرح، طالب الدراسات العليا في جامعة كاليفورنيا-سانتا باربرا، الذي قاد الدراسة أثناء عمله في مرصد لاس كومبريس (LCO): “إنه بعيد جدًا عن أي شيء فكرنا فيه من قبل”. “نحن لا نعرف سوى القليل عن هذه الأشياء.”

ماذا يكون ومن المعروف أنه عندما يستنفد نجم ضخم وقوده، فإنه ينهار على نفسه وينفجر، تاركًا وراءه سحابة تتوسع وتبرد ببطء من الغاز المشع والحطام مع بقايا نجمية صغيرة في المركز. إذا كانت كتلة النجم حوالي 10 إلى 25 مرة كتلة شمسنا، فإن تلك البقايا عادة ما تكون نجمًا نيوترونيًا. هذه هي أغرب قطع المادة في الكون – حيث تزن ملعقة كبيرة من مادتها وزن جبل إيفرست – مما يجعل النجوم النيوترونية مواقع لبعض أكثر الفيزياء تطرفًا على الإطلاق.

تصبح النجوم النيوترونية متطرفة بشكل خاص عندما تدور بسرعة، وتطلق أشعة من الإشعاع تشبه المنارة من أقطابها؛ يطلق علماء الفلك على هذه الأجسام اسم النجوم النابضة. والنجوم المغناطيسية هي الأكثر تطرفًا على الإطلاق: فمعظمها عبارة عن نجوم نابضة حديثة الولادة تمتلك مجالات مغناطيسية أقوى بألف مرة من المعتاد.

على الرغم من أن المنظرين كان لديهم بالفعل تلميحات بأن الولادة العاصفة للنجم المغناطيسي قد تساعد في تفسير المستعرات الأعظمية فائقة السطوع، فقد ثبت أن التوصل إلى هذه القضية أمر صعب. حدث اختراق محتمل في أواخر عام 2024 مع ثوران مستعر أعظم جديد فائق الإضاءة، SN 2024afav، على بعد حوالي مليار سنة ضوئية من الأرض. تم رصد سطوع SN 2024afav على مدار 100 يوم من قبل علماء الفلك في LCO، بشكل دوري، ويتأرجح ذهابًا وإيابًا مع انخفاض الوقت بين الانخفاضات بشكل أقصر وأقصر على مدار عملية القياس.

ذهب فرح وزملاؤه إلى السبورة بحثًا عن تفسيرات لهذا النمط المحدد. لقد هبطوا على واحد فقط يمكن أن يفسر ذلك. عندما يدور النجم المغناطيسي حول محوره بسرعة تقارب سرعة الضوء، فإن مجاله المغناطيسي الهائل يلتف ويلتف ليضخ إشعاعًا قويًا. تعمل الطاقة الصادرة عن هذا المحرك الفيزيائي الفلكي على توهج الغاز المقذوف المحيط، مما يزيد من لمعان المستعر الأعظم وطول عمره.

ولكن ما الذي جعل هذه الجمر النجمي تتضاءل وتتضاءل؟ تتلخص الإجابة في كيفية قيام النجم الميت الدوار بسحب المكان والزمان في أعقابه.

كان النجم المغناطيسي في البداية محاطًا بقرص دوار من المادة، يتدفق من حافته الداخلية إلى بقايا النجم. كان القرص مائلًا قليلًا عن محور دوران النجم المغناطيسي، وأدى الاضطراب العنيف للزمكان الذي خلقه إلى دوران القرص حوله. من بعيد، هذه النتيجة للنسبية العامة، والتي تسمى “مبادرة لينس-ثيرينغ”، جعلت النظام بأكمله يبدو وكأنه قمة دوارة تتأرجح على طاولة.

من وجهة نظر الأرض – على طول خط استواء النجم المغناطيسي البعيد – كان القرص المتذبذب بمثابة مصراع جهاز عرض الأفلام، مما أدى بشكل دوري إلى حجب رؤيتنا للنجم الميت فائق الشحن SN 2024afav. ومع مرور الأيام وقضم النجم المغناطيسي قرصه، انكمشت تلك الحلقة من المادة إلى الداخل. يؤدي هذا إلى تسريع تأثير الغالق، مما يجعل الانخفاضات في الضوء أكثر تكرارًا حتى يختفي القرص.

يقول المؤلفون إن قصة أصل النجوم هذه تتطابق مع البيانات بشكل أفضل من أي شيء آخر يمكنهم التوصل إليه. وهذا يجعله الدليل الأكيد حتى الآن على ما يحدث بالفعل في مركز المستعرات الأعظم فائقة السطوع. يقول دانييل كاسن من جامعة كاليفورنيا-بيركلي، وهو أحد علماء الفيزياء الفلكية الذين اقترحوا تفسير النجم المغناطيسي لأول مرة في عام 2010: “مصادر الطاقة المحتملة الأخرى لن تنتج مثل هذا النمط. يمكن للنجم المغناطيسي أن يعمل كمحرك قوي يضيء المستعر الأعظم بدرجة سطوع غير عادية”.

يفتح هذا التأكيد المجال أمام النجوم المغناطيسية كمختبر كوني آخر لاختبار النسبية العامة. يقول آدم إنجرام، عالِم الفيزياء الفلكية بجامعة نيوكاسل، الذي عمل كمراجع نظير للدراسة: “كل ما يتعلق بالنظام متطرف”. “إن مجال الجاذبية قوي بما يكفي لجعل التنبؤات الأكثر غرابة في النسبية العامة ذات تأثيرات كبيرة.”

سيشهد مرصد Vera C. Rubin الذي تم تشغيله حديثًا في تشيلي ملايين المستعرات الأعظم على مدى حياته، بما في ذلك العديد من هذه الأحداث النادرة. ويقول فرح إنه أينما تكون النسبية العامة مرئية في العالم، هناك فرصة لفهمها بشكل أفضل، وربما حتى للعثور على شقوق جديدة في صرح أعظم نظرية لأينشتاين، والتي يمكن أن تنبثق منها أفكار جديدة. “هذا يعني أنه يمكننا اختبار إحدى نظرياتنا الأساسية عن الواقع في واحدة من أكثر البيئات تطرفًا في الكون.”

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.