تكشف تلسكوبات الأشعة السينية التابعة لناسا عن “عظام” ذراع كونية شبحية

في عام 1895، اخترع فيلهلم رونتجن الأشعة السينية واستخدمها لتصوير العظام في ذراع زوجته، مما أدى إلى ظهور أداة تشخيصية ثورية في الطب. الآن قام التلسكوبان الفضائيان للأشعة السينية التابعان لناسا بدمج قدراتهما التصويرية للكشف عن “عظام” المجال المغناطيسي لهيكل رائع على شكل يد في الفضاء. تكشف هذه التلسكوبات معًا سلوك نجم منهار ميت يعيش من خلال جزيئات المادة النشطة والمادة المضادة.

منذ حوالي 1500 عام، نفد الوقود النووي من نجم ضخم في مجرتنا. وعندما حدث ذلك، انهار النجم على نفسه ليشكل كتلة كثيفة جدًا تسمى النجم النيوتروني.

توفر النجوم النيوترونية الدوارة ذات المجالات المغناطيسية القوية، أو النجوم النابضة، لمختبرات الفيزياء المتطرفة ظروفًا لا يمكن تكرارها على الأرض. يمكن للنجوم النابضة الشابة أن تنتج نفاثات من المادة والمادة المضادة تبتعد عن قطبي النجم النابض، وتشكل مع الرياح الشديدة “سديم رياح النجم النابض”.

في عام 2001، لاحظ مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا لأول مرة النجم النابض BSR P1509-58 وكشف أن سديم رياح النجم النابض (المشار إليه باسم MSH 15-52) يشبه يد الإنسان. يقع عند قاعدة “كف” سديم النجم النابض. يقع MSH 15-52 على بعد 16000 سنة ضوئية من الأرض.

الآن، قام تلسكوب الأشعة السينية الجديد التابع لناسا، وهو مستكشف قياس استقطاب الأشعة السينية (IXPE)، بتتبع MSH 15-52 لمدة 17 يومًا تقريبًا، وهي أطول مراقبة لأي جسم منذ إطلاقه في ديسمبر 2021.

وقال روجر روماني من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا، الذي قاد الدراسة: “إن بيانات IXPE تعطينا أول خريطة للمجال المغناطيسي في متناول اليد”. “إن الجسيمات المشحونة التي تنتج الأشعة السينية تنتقل في المجال المغناطيسي، وتحدد الشكل الأساسي للسديم، مثل العظام في يد الشخص.”

يوفر IXPE معلومات حول اتجاه المجال الكهربائي للأشعة السينية كما يحدده المجال المغناطيسي لمصدر الأشعة السينية. وهذا ما يسمى استقطاب الأشعة السينية. في المناطق الكبيرة من MSH 15-52، تكون درجة الاستقطاب أعلى بكثير، حيث تصل إلى الحد الأقصى المتوقع من العمل النظري. ولتحقيق هذه القوة، يجب أن يكون المجال المغناطيسي مستقيمًا ومتسقًا للغاية، مما يعني وجود اضطراب قليل في تلك الأجزاء من سديم رياح النجم النابض.

وقالت المؤلفة المشاركة جوزفين وونغ من جامعة ستانفورد: “نحن جميعا على دراية بالأشعة السينية كأداة طبية للبشر”. “هنا نستخدم الأشعة السينية بطريقة مختلفة، لكنها تعيد الكشف عن المعلومات التي كانت مخفية عنا.”

إحدى الميزات المثيرة للاهتمام في MSH 15-52 هي نفث الأشعة السينية الساطعة الموجه من النجم النابض إلى “المعصم” في أسفل الصورة. تكشف بيانات IXPE الجديدة أن الاستقطاب منخفض في بداية التدفق، ربما لأنها منطقة مضطربة ذات مجالات مغناطيسية معقدة ومعقدة مرتبطة بتوليد جزيئات عالية الطاقة. في نهاية التدفق، تصبح خطوط المجال المغناطيسي أكثر استقامة وتبدو أكثر انتظامًا، مما يتسبب في أن يصبح الاستقطاب أكبر بكثير.

تشير هذه النتائج إلى أن الجسيمات توفر تعزيزات للطاقة في المناطق المضطربة المعقدة بالقرب من النجم النابض عند قاعدة راحة اليد، وتتدفق إلى المناطق التي يكون فيها المجال المغناطيسي موحدًا في الرسغ والأصابع والإبهام.

وقال نيكولو دي لالا، المؤلف المشارك في جامعة ستانفورد: “لقد اكتشفنا تاريخ حياة المادة فائقة الطاقة وجسيمات المادة المضادة حول النجم النابض”. “إنه يعلمنا كيف يمكن للنجوم النابضة أن تعمل كمسرعات للجسيمات.”

اكتشف IXPE أيضًا مجالات مغناطيسية مشابهة لسدم الرياح النابضة Vela وCrab، مما يشير إلى أن هذه الأجسام قد تحتوي على شيء مشترك بشكل مدهش.

هذه النتائج أ ورقة جديدة داخل مجلة الفيزياء الفلكية.