وميض في المجرة يشير إلى مصدر التدفقات الراديوية السريعة التي تثير حيرة العلماء

بقلم:  دانيال كليري

ترجمة:  صفاء كنج

في 28 أبريل 2020، ومع توجيه دوران الأرض تلسكوباً كندياً للموجات الراديوية نحو رقعة في السماء، سجَّل التلسكوب ومضات غريبة استمرت لنحو جزء من ألف من الثانية (مللّي ثانية) تُسمى التدفقات الراديوية السريعة Fast radio bursts  (اختصاراً: التدفقات FRBs). وعند الساعة 7:34 صباحاً بالتوقيت المحلي، سجل التلسكوب دفقة هائلة، ولكن الغريب هو أنها ظهرت في نطاق الرؤية المحيطية Peripheral vision للتلسكوب. ويقول بول شولتز Paul Scholz، الاختصاصي بعلم الفلك من جامعة تورنتو University of Toronto  والمشارك في التجربة الكندية لرسم خرائط كثافة الهيدروجين Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (اختصاراً: التجربة CHIME): ” لقد رصدت بعيد جداً على طرف التلسكوب”. ونظراً لسطوعها، عرف الفريق أن مصدرها قريب. إذ إن جميع التدفقات FRBs الأخرى التي شوهدت حتى ذلك الوقت نشأت في مجرات بعيدة، وكانت بعيدة جداً وسريعة جداً بشكل لا يتيح معرفة مصدر نشأتها.

ولكن الفريق كان لديه حدس حول مصدر هذه التدفقات الراديوية السريعة. فخلال الأيام السابقة  التقطت التلسكوبات المدارية نجماً مغناطيسياً  Magnetar في مجرة درب التبانة – والنجم المغناطيسي هو نجم نيوتروني ذو مجال مغناطيسي قوي – ينفث دفقات من الأشعة السينية وأشعة غاما. وأوحت حالة الهيجان التي كان عليها بأنه يطلق كذلك موجات راديوية. وبعد بضع من عمليات المعالجة الإضافية للبيانات، حدد الفريق أن التدفق الراديوي السريع FRB كان “ينبعث حتما “من موقع النجم المغناطيسي”، كما يقول شولتز، ويضيف: “لقد كان الأمر مهماً جداً بالنسبة إلينا”.

فالاكتشاف الذي نُشر في 20 يونيو على موقع أركايف ArXiv -خادم ما قبل الطباعة- قد يكون الحلقة المفقودة في مشكلة حيَّرت الفلكيين لأكثر من عقد من الزمن. ولكنه مجرد حدث واحد فيما لا يظل العديد من الأسئلة بلا جواب، بما في ذلك لماذا كان هذا الاندفاع أقل نشاطًا بمقدار 30 مرة من أضعف تدفق FRB تمكنا من تتبع مصدره إلى مجرة أخرى. ومع ذلك، يزداد الفلكيون ثقة بأن بعض هذه الومضات الراديوية الشبيهة بالليزر، إن لم يكن جميعها، تنشأ من نجوم مغناطيسية، وهي نجوم منهارة ذات مجالات مغناطيسية أقوى بـ 100 مليون ضعف من أي مغناطيس صُنع على الأرض. والقول إنها نشأت من نجم مغناطيسي يستبعد أن تُعزى إلى مصادر أخرى خارجية مثل ثقوب سوداء فائقة الكتلة Supermassive black hole  ونجوم نيوترونية Neutron stars  في طور الاندماج. ويقول مكسيم ليوتيكوف Maxim Lyutikov، الاختصاصي بعلم الفلك النظري من جامعة بورديو  Purdue University الأمريكية: “صار طرح نظريات بديلة أكثر صعوبة بكثير. … الغالبية ترى أنها مسألة  محسومة: إنها النجوم المغناطيسية”.

وفي عام 2007 أكتُشف أول تدفق FRB، وقد سجل الفلكيون أكثر من 100 من هذه التدفقات منذ ذلك الحين. ولكن وميضها الخاطف يجعل دراستها وتتبع مصدرها إلى جرم سماوي معين أمرا صعبا. ولكننا نعرف الآن أن العديد من التدفقات FRBs يتكرر حدوثها، وهذا يمنح الفلكيين فرصة للتعرف على المجرة التي تستضيفها. وفي العام أو العامين الماضيين (2019-2018)، بدأت التلسكوبات ذات المجال الواسع Wide-field telescopes مثل تلك المستخدمة في التجربة CHIME، والمصممة لمسح مساحات كبيرة من السماء، بزيادة عدد الاكتشافات بشكل كبير (Science, 15 March 2019, p. 1138).

والتلسكوب الآخر ذو المجال الواسع هو تلسكوب مسح البث الراديوي الفلكي العابر 2 ( Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 )– والمؤلف من ثلاثة هوائيات راديوية منتشرة في غرب الولايات المتحدة. وفي 28 أبريل رصد التدفق الراديوي المسجل وقاس طاقته، وفقاً لورقة بحث ثانية نشرت إلكترونيا على موقع أركايف في 21 مايو. ويقول ليوتيكوف إن ما يزيد من غموض اللغز هو أن المصدر المقترح للتدفق، وهو نجم مغناطيسي يُسمى SGR 1935 + 2154، “ليس فيه ما يميزه”. وقد شوهدت فقط خمسة من 30 نجماً مغناطيسياً معروفة في مجرة درب التبانة تبعث إشارات راديوية ضعيفة، ولم يكن النجم المغناطيسي SGR 1935 + 2154 واحداً منها.

ومع ذلك، يتبارى منظرو علم الفلك لشرح الكيفية التي يمكن للنجوم المغناطيسية ذات الانبعاثات المنخفضة بها أن تُصدر تدفقات بهذه الضخامة. وتقول فيكتوريا كاسبي Victoria Kaspi، اختصاصية بعلم الفلك من جامعة ماكغيل McGill University وأحد المسؤولين في التجربة CHIME: “جميع مطوري النمذجات تقريبا – من الذين فكروا في السابق في الكيفية التي تعمل بها النجوم المغناطيسية على تكوين تدفقات FRBs- قد قالوا في غضون أيام إنهم كانوا على حق. … لا يمكن أن يكونوا جميعهم على حق”.

لقد اقترحت نمذجة وضعها بريان ميتزغرBrian Metzger ، من جامعة كولومبيا Columbia University  وزملاؤه، أن النجوم المغناطيسية تصدر أحياناً دفقات من الجسيمات بسرعة قريبة من سرعة الضوء، على غرار نفخات البلازما المذهلة التي تصدرها الشمس في عمليات الانبعاث الكتلي الإكليلي Coronal mass ejection. وعندما يصطدم التدفق بغلاف مواد نُفثت في وقت سابق، فإنه يخلق موجة صدمة تتسبب في دوران الإلكترونات حول خطوط المجال المغناطيسي، مولدة نبضة راديوية قوية تشبه الليزر. ولم يكن فريق ميتزغر قد طبق نمذجته على شيء بمثل ضَعْف النجم المغناطيسي SGR 1935 + 2154، ولكن عندما فعل ذلك، يقول إن “الأمر سار على ما يرام”. ويقول ميتزغر إن النمذجة قد تفسر أيضاً لماذا كانت نبضة الأشعة السينية الصادرة عن النجم المغناطيسي أقوى بمقدار 100 ألف ضعف نبضه الراديوي ذاته.

يعتقد ليوتيكوف أن الدفق يحدث قريباً جداً من سطح النجم المغناطيسي. وفي عام 2002 – قبل سنوات من اكتشاف أولى تدفقات FRBs – اقترح محركاً قائماً على إعادة الاتصال المغناطيسي، تنقطع فيه خطوط المجال المغناطيسي وتعاود الاتصال بتكوينات جديدة. فعلى سطح الشمس، تتولد بفعل هذه الظاهرة توهجات قوية. أما على النجم النيوتروني ؛ يقول ليوتيكوف فإنها قد تولِّد التدفقات المتزامنة تقريباً لكل من الأشعة السينية وموجات الراديو التي شوهدت تتدفق من النجم SGR 1935 + 2154، على الرغم من أنها لا تفسر بعد الحزم الشبيهة بالليزر.

ومراقبو السماء حالياً يوجهون تلسكوباتهم نحو المجرات القريبة، على أمل التقاط المزيد من التدفقات FRBs الخفيفة. وعلى الرغم من أن ومضة 28 أبريل كانت ضعيفة مقارنة بمعظم التدفقات FRBs خارج المجرة، إلا أنها تبين على الأقل أن النجوم المغناطيسية قادرة على فعل أكثر بكثير من مجرد إطلاق إشارات الراديو المعتادة. ويقول جايسون هيسيلز Jason Hessels  من جامعة أمستردام University of Amsterdam: “إن هذا يقطع شوطًا طويلًا باتجاه جسر تلك الفجوة. … يبدو كل هذا معقولاً أكثر حالياً”.

© 2020, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved.