العثور على “العنكبوت” الكوني الغامض ليكون مصدرًا لأشعة جاما القوية

انطباع الفنان عن تطور قزم أبيض (في المقدمة) ونظام ثنائي نجمي نابض (في الخلفية). باستخدام تلسكوب SOAR البالغ طوله 4.1 متر على سيرو باشون في تشيلي ، وهو جزء من مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية ، وهو برنامج تابع لمؤسسة NSF NOIRLab ، اكتشف علماء الفلك أول مثال على نظام ثنائي يتكون من قزم أبيض متطور يدور حول نجم نابض من ميلي ثانية ، في الذي يكون النجم النابض بالمللي ثانية في المرحلة الأخيرة من عملية الدوران. المصدر ، الذي اكتشفه تلسكوب فيرمي الفضائي ، هو “الحلقة المفقودة” في تطور مثل هذه الأنظمة الثنائية. الائتمان: NOIRLab / NSF / AURA / J. شكر وتقدير دا سيلفا / Spaceengine: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

تم التحقيق في النظام الثنائي بواسطة تلسكوب SOAR الذي تديره NOIRLab ، وهو أول نظام تم العثور عليه في المرحلة قبل الأخيرة من تطوره.

باستخدام تلسكوب SOAR البالغ طوله 4.1 مترًا في تشيلي ، اكتشف علماء الفلك أول مثال على نظام ثنائي حيث يكون النجم في طور التحول إلى قزم ابيض يدور حول أ النجم النيوتروني التي انتهت لتوها من التحول إلى دوران سريع النجم النابض. تم اكتشاف هذا الزوج في الأصل بواسطة تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما ، وهو “الحلقة المفقودة” في تطور مثل هذه الأنظمة الثنائية.

تم العثور على مصدر مشرق وغامض لأشعة جاما ليكون نجمًا نيوترونيًا سريع الدوران – يُطلق عليه اسم نجم مللي ثانية – يدور حول نجم في عملية التطور إلى قزم أبيض منخفض الكتلة للغاية. يشير علماء الفلك إلى هذه الأنواع من الأنظمة الثنائية باسم “العناكب” لأن النجم النابض يميل إلى “أكل” الأجزاء الخارجية من النجم المرافق عندما يتحول إلى قزم أبيض.

https://www.youtube.com/watch؟v=OeUU91pDqCs

تم اكتشاف الثنائي من قبل علماء الفلك باستخدام تلسكوب SOAR بطول 4.1 متر على Cerro Pachón في تشيلي ، وهو جزء من مرصد Cerro Tololo Inter-American (CTIO) ، وهو برنامج تابع لمؤسسة NSF NOIRLab.

ناساقام تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما بفهرسة الأجسام في الكون التي تنتج أشعة غاما غزيرة منذ إطلاقه في عام 2008 ، ولكن لم يتم تصنيف جميع مصادر أشعة جاما التي يكتشفها. أحد هذه المصادر ، والذي أطلق عليه علماء الفلك 4FGL J1120.0-2204 ، كان ثاني أكثر مصادر أشعة جاما سطوعًا في السماء بأكملها والتي لم يتم التعرف عليها حتى الآن.

استخدم علماء الفلك من الولايات المتحدة وكندا ، بقيادة صمويل سويهارت من مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية في واشنطن العاصمة ، مقياس Goodman Spectrograph على تلسكوب SOAR لتحديد الهوية الحقيقية لـ 4FGL J1120.0-2204. تم إثبات أن مصدر أشعة جاما ، الذي ينبعث منه أيضًا الأشعة السينية ، كما هو ملاحظ بواسطة تلسكوبات الفضاء Swift التابعة لناسا و XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، هو نظام ثنائي يتكون من “نجم نابض ملي ثانية” يدور مئات المرات في الثانية ، و مقدمة لقزم أبيض منخفض الكتلة للغاية. يقع الزوج على بعد أكثر من 2600 سنة ضوئية.

يقول Swihart: “كان الوقت المخصص لجامعة ولاية ميشيغان على تلسكوب SOAR ، وموقعه في نصف الكرة الجنوبي ، ودقة واستقرار مقياس الطيف Goodman ، كلها جوانب مهمة لهذا الاكتشاف”.

“هذا مثال رائع على كيفية استخدام التلسكوبات متوسطة الحجم بشكل عام ، و SOAR بشكل خاص ، للمساعدة في توصيف الاكتشافات غير العادية التي تم إجراؤها باستخدام المرافق الأرضية والفضائية الأخرى” ، كما يشير كريس ديفيس ، مدير برنامج NOIRLab في US National Science المؤسسة. “نتوقع أن تلعب SOAR دورًا حاسمًا في متابعة العديد من المصادر الأخرى ذات المتغيرات الزمنية والمتعددة الرسائل خلال العقد القادم.”

أظهر الطيف البصري للنظام الثنائي الذي يقيسه مطياف جودمان أن الضوء من رفيق القزم الأبيض الأولي هو دوبلر – تحول بالتناوب إلى الأحمر والأزرق – مما يشير إلى أنه يدور حول نجم نيوتروني مضغوط ضخم كل 15 ساعة.

يقول Swihart ، الذي كان فريقه قادرًا على أخذ هذه الخصائص وتطبيقها على نماذج تصف كيفية تطور أنظمة النجوم الثنائية: “سمحت لنا الأطياف أيضًا بتقييد درجة الحرارة التقريبية والجاذبية السطحية للنجم المرافق”. سمح لهم ذلك بتحديد أن الرفيق هو مقدمة لقزم أبيض منخفض الكتلة للغاية ، حيث تبلغ درجة حرارة سطحه 8200 درجة مئوية (15000 درجة فهرنهايت) ، وكتلة تبلغ 17٪ فقط من كتلة الشمس.

عندما يصل نجم بكتلة مماثلة لكتلة الشمس أو أقل إلى نهاية حياته ، سينفد الهيدروجين المستخدم لتغذية عمليات الاندماج النووي في قلبه. لفترة من الوقت ، يتولى الهيليوم زمام القيادة ويقوي النجم ، مما يتسبب في تقلصه وتسخينه ، ودفع توسعه وتطوره إلى عملاق أحمر يبلغ حجمه مئات الملايين من الكيلومترات. في النهاية ، يمكن أن تتراكم الطبقات الخارجية لهذا النجم المتضخم على رفيق ثنائي ويتوقف الاندماج النووي ، تاركًا وراءه قزمًا أبيض بحجم الأرض تقريبًا ويصدر صوتًا في درجات حرارة تتجاوز 100،000 درجة مئوية (180،000 درجة فهرنهايت).

لم ينته القزم الأبيض الأولي في نظام 4FGL J1120.0-2204 من التطور بعد. يقول Swihart: “إنه منتفخ حاليًا ، ونصف قطره أكبر بحوالي خمس مرات من الأقزام البيضاء العادية ذات الكتلة المماثلة”. “ستستمر في التبريد والتقلص ، وفي حوالي ملياري عام ، ستبدو مطابقة للعديد من الأقزام البيضاء منخفضة الكتلة للغاية التي نعرف عنها بالفعل.”

النجوم النابضة بالمللي ثانية تدور مئات المرات كل ثانية. يتم نسجها عن طريق تراكم مادة من رفيق ، في هذه الحالة من النجم الذي أصبح القزم الأبيض. تصدر معظم النجوم النابضة بالمللي ثانية أشعة جاما والأشعة السينية ، غالبًا عندما تصطدم الرياح النجمية ، وهي عبارة عن تيار من الجسيمات المشحونة المنبثقة من النجم النيوتروني الدوار ، مع مادة منبعثة من نجم مرافق.

من المعروف أن حوالي 80 من الأقزام البيضاء ذات الكتلة المنخفضة جدًا معروفة ، ولكن “هذا هو أول نذير لقزم أبيض منخفض الكتلة للغاية يُكتشف أنه من المحتمل أن يدور حول نجم نيوتروني” ، كما يقول Swihart. وبالتالي ، فإن 4FGL J1120.0-2204 هي نظرة فريدة على نهاية عملية التدوير هذه. جميع الثنائيات الأخرى من القزم والنجم النابض التي تم اكتشافها قد تجاوزت مرحلة الغزل.

يقول Swihart: “متابعة التحليل الطيفي باستخدام تلسكوب SOAR ، الذي يستهدف مصادر غير مرتبطة بأشعة غاما من Fermi ، سمح لنا برؤية أن الرفيق كان يدور حول شيء ما”. “بدون هذه الملاحظات ، لم نتمكن من العثور على هذا النظام المثير.”

المرجع: “4FGL J1120.0-2204: ثنائي فريد من نوعه لأشعة جاما نجم نيوتروني ساطع مع قزم أبيض أولي منخفض للغاية” بقلم صمويل جيه. كواش ، كيريل ف.سوكولوفسكي ، إليزابيث سي فيرارا ، مقبول ، مجلة الفيزياء الفلكية.
arXiv: 2201.03589

يتألف الفريق من Samuel J. Swihart (مساعد أبحاث في المجلس الوطني للبحوث ، والأكاديمية الوطنية للعلوم ومختبر أبحاث البحرية الأمريكية ، واشنطن العاصمة) ، وجاي سترادر ​​(مركز البيانات الفلكية المكثفة والمجال الزمني ، قسم الفيزياء وعلم الفلك ، ميشيغان State University) ، Elias Aydi (قسم الفيزياء ، جامعة McGill ، كندا) ، Laura Chomiuk (معهد McGill للفضاء ، جامعة McGill ، كندا) ، Kristen C. Dage (معهد McGill للفضاء وقسم الفيزياء ، جامعة McGill ، كندا) ، آدم Kawash (مركز البيانات المكثفة وعلم فلك المجال الزمني ، قسم الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة ولاية ميتشيغان) ، كيريل ف.سوكولوفسكي (مركز البيانات المكثفة وعلم فلك المجال الزمني ، قسم الفيزياء والفلك ، جامعة ولاية ميتشيغان) وإليزابيث سي. فيرارا (قسم علم الفلك في جامعة ميريلاند ، ومركز دراسات الاستكشاف والفضاء (CRESST) في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا).