علماء فلك يشهدون انفجار سوبر نوفا هائل يخلق واحدا من أكثر النجوم مغناطيسية في الكون لأول مرة

شهد علماء الفلك ولادة نجم نيوتروني سريع الدوران وشديد الممغنطة أو “النجم المغناطيسي” لأول مرة.

إن رصد هذا الحدث، الناجم عن موت نجم ضخم، يؤكد الارتباط بين خلق الكون نجوم مغناطيسية وفائقة السطوع سوبر نوفا انفجارات. يمكن أن تكون هذه المستعرات الأعظم فائقة السطوع أكثر سطوعًا بعشر مرات وتستمر لفترة أطول بكثير من انفجارات المستعرات الأعظم النموذجية التي تحدث عندما ينفد الوقود النووي من النجوم الضخمة وتخضع لانهيار الجاذبية، أو “الانهيار الأساسي”، حتى الولادة النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء.

منذ اكتشافها لأول مرة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين تقريبًا، افترض العلماء أن ولادة النجوم المغناطيسية، التي تمتلك أقوى المجالات المغناطيسية في الكون المعروف، مرتبطة بالمستعرات الأعظمية فائقة السطوع، لكن التأكيد القاطع على هذا الارتباط كان مفقودًا.

“الأمر المثير حقًا هو أن هذا دليل قاطع على تشكل نجم مغناطيسي نتيجة لانهيار نواة المستعر الأعظم فائق السطوع” ، قال عضو الفريق أليكس فيليبينكو من جامعة كاليفورنيا في بيركلي. قال في بيان.

الخدعة السحرية وراء المستعرات الأعظم

تم اقتراح النظرية التي تربط النجوم المغناطيسية والمستعرات الأعظم فائقة السطوع لأول مرة من قبل دان كاسن ولارس بيلدستن من جامعة كاليفورنيا في بيركلي وبشكل مستقل من قبل ستانفورد ووسلي من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز. تشير إلى أنه عندما يمتلك نجم مجالًا مغناطيسيًا قويًا يبلغ حوالي 25 ضعفًا كتلة الشمس ينهار، ويتكثف مجاله المغناطيسي. والنتيجة هي نجم مغناطيسي ذو مجال مغناطيسي أقوى بـ 100 إلى 1000 مرة من المجال المغناطيسي للنجم النيوتروني “القياسي”.

إن انهيار قلب نجم ضخم بعرض حوالي 12 ميلاً (20 كيلومترًا) له نتيجة أخرى. وكما يقوم المتزلج على الجليد في دورة الألعاب الأولمبية الشتوية بسحب أذرعه لزيادة سرعة دورانه، فإن الانخفاض السريع في قطر النجم النيوتروني يؤدي إلى تسريع دورانه.

ونتيجة لذلك، يمكن لبعض النجوم النيوترونية حديثة الولادة أن تدور بمعدل 700 مرة في الثانية أو أكثر. يمكن لهذه الأجسام أن تطلق حزمًا من الإشعاع من أقطابها والتي تجتاح الكون مثل الضوء المنبعث من منارة كونية. في هذه الحالات، يشار إلى النجوم النيوترونية والنجوم المغناطيسية باسم النجوم النابضة.

عندما تدور النجوم المغناطيسية بسرعة، تعمل مجالاتها المغناطيسية الدوارة على تسريع الجسيمات ثم إطلاقها إلى مادة يلقيها النجم السلف أثناء موت المستعر الأعظم. يؤدي ذلك إلى زيادة سطوع هذا الحطام.

وأكد الفريق الذي يقف وراء هذا البحث هذا الارتباط عندما قاموا بتحليل البيانات من المستعر الأعظم الذي تم رصده في عام 2024 والمسمى SN 2024afav. كشف هذا البحث عن “تغريدات” غريبة في منحنى الضوء الصادر عن هذا المستعر الأعظم، والتي تشير إلى تأثيرات النسبية العامة التي يسببها النجم المغناطيسي.

قال فيليبنكو: “إن أساس نموذج دان كاسن وستان ووسلي هو أن كل ما تحتاجه هو طاقة النجم المغناطيسي في أعماقك، وسيتم امتصاص جزء كبير منها، وهذا ما يفسر سبب كون هذا الشيء فائق الإضاءة”. “ما لم يتم إثباته هو أن النجم المغناطيسي قد تشكل في الواقع في منتصف المستعر الأعظم.”

وأضاف الباحث أن هذا ما نشره هذا البحث يوم الأربعاء (11 مارس) في المجلة طبيعة، يوضح أخيرا.

قال كاسين: “لسنوات عديدة، بدت فكرة النجم المغناطيسي وكأنها خدعة سحرية لأحد المنظرين، حيث إخفاء محرك قوي خلف طبقات من حطام المستعر الأعظم. لقد كان تفسيرًا طبيعيًا للسطوع الاستثنائي لهذه الانفجارات، لكننا لم نتمكن من رؤيته مباشرة”. “إن التغريد في إشارة المستعر الأعظم هذا يشبه ذلك المحرك الذي يسحب الستار ويكشف أنه موجود بالفعل.”

بندقية التدخين السوبرنوفا

تم رصده لأول مرة بواسطة شبكة التلسكوبات المكونة من 27 تلسكوبًا مرصد لاس كومبريس وفي ديسمبر 2024، تم تتبع سطوع SN 2024afav من قبل علماء الفلك لمدة 200 يوم. ما لاحظه الفريق هو أن هذا المستعر الأعظم، الذي حدث على بعد حوالي مليار سنة ضوئية من الأرض، لم يتلاشى تدريجيًا مثل المستعر الأعظم النموذجي.

بعد أن بلغ ذروته عند علامة 50 يومًا، تأرجح سطوع SN 2024afav تدريجيًا نحو الأسفل، مع سلسلة من أربع “نتوءات” ملحوظة في السطوع تشبه الصوت المتزايد في التردد. ومن ثم، تم تسمية هذه الميزات غرد.

وقد شوهدت نتوءات مماثلة في المنحنيات الضوئية للمستعرات الأعظم الأخرى، حيث ربطها العلماء بالصدمات المتموجة من الجسم النجمي المركزي وتضرب المواد المقذوفة سابقًا. ومع ذلك، لم يظهر أي مستعر أعظم سابق ما يصل إلى أربعة من هذه التغريدات.

يفترض هذا الفريق أن المواد الناتجة عن الانفجار الذي يُرى على أنه SN 2024afav قد عادت بالفعل إلى النجم المغناطيسي المركزي بعد أن تم قذفها، لتشكل سحابة مسطحة دوارة تسمى القرص التراكمي حول هذه البقايا النجمية القوية.

نظرًا لأن المادة المقذوفة في المستعر الأعظم من غير المرجح أن تكون متماثلة، فمن غير المرجح أيضًا أن يكون قرص التراكم متماثلًا. يؤدي ذلك إلى محاذاة محور دوران النجم المغناطيسي ومحور قرص التراكم بشكل غير صحيح.

نظرية الجاذبية لأينشتاين والمعروفة باسم النسبية العامةيقترح أنه عندما تدور الأجسام ذات كتلة كبيرة، فإنها تسحب نسيج الفضاء معها، وهي عملية تسمى “سحب الإطار“أو تأثير Lense-Thirring. قد يتسبب هذا التأثير في تمايل قرص التراكم، وسيقوم قرص التراكم المتذبذب أحيانًا بحجب الضوء من النجم المغناطيسي ويعكسه أحيانًا. وهذا يخلق تأثيرًا وامضًا يحول النظام بأكمله إلى “منارة” كونية.

عندما ينكمش القرص ويسقط نحو النجم المغناطيسي، يزداد معدل هذا التذبذب، مما يولد التغريدات التي تظهر في المنحنى الضوئي لـ SN 2024afav.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة، جوزيف فرح من جامعة كاليفورنيا في بيركلي: “لقد اختبرنا العديد من الأفكار، بما في ذلك التأثيرات النيوتونية البحتة والمبادرة المدفوعة بالمجالات المغناطيسية للنجم المغناطيسي، ولكن مبادرة لينس-ثيرينغ فقط هي التي تطابق التوقيت تمامًا”. “إنها المرة الأولى التي نحتاج فيها إلى النسبية العامة لوصف آليات المستعر الأعظم.”

وتمكن الفريق أيضًا من تحديد أن هذا الجسم المركزي يدور حوالي 238 مرة كل ثانية، وله مجال مغناطيسي يبلغ حوالي 300 مرة. تريليون مرات أقوى من الغلاف المغناطيسي للأرضمما يؤكد ذلك باعتباره نجمًا مغناطيسيًا. هذا هو الدليل الذي كان علماء الفلك يبحثون عنه لربط النجوم المغناطيسية والمستعرات الأعظم فائقة السطوع.

“لقد قام (المؤلف الرئيسي جوزيف فرح) بربط النتوءات بنموذج النجم المغناطيسي وشرح كل شيء باستخدام أفضل نظرية تم اختبارها في الفيزياء الفلكية – النسبية العامة. إنها أنيقة بشكل لا يصدق.” وأضاف فليبينكو. “إن رؤية تأثير واضح للنظرية النسبية العامة لأينشتاين أمر مثير دائمًا، ولكن رؤيتها لأول مرة في المستعر الأعظم أمر مجزٍ بشكل خاص.”