النجوم النيوترونية هي واحدة من أروع الأجسام الفلكية في الكون المعروف. بالإضافة إلى كونها أكثر أنواع النجوم كثافة (مع احتمال استثناء نجوم الكوارك) ، فقد عُرف أنها تشكل أزواج ثنائية مع نجوم ضخمة. حتى الآن ، تم اكتشاف 39 نظامًا من هذا النوع فقط ، وتم اكتشاف عدد أقل من تلك التي تتكون من نجم ضخم ونجم نيوتروني بأشعة غاما ذات طاقة عالية جدًا (VHE).
حتى الآن ، تم العثور على اثنين فقط من هذه الأنظمة ، تم اكتشاف الثاني منها قبل بضع سنوات فقط من قبل فريق من الفلكيين الدوليين المعروف باسم تعاون نظام مصفوفة التصوير الإشعاعي النشط للغاية (VERITAS). بالإضافة إلى كونه اكتشافًا نادرًا ، كان الاكتشاف أيضًا محظوظًا جدًا ، لأن السلوك غير المعتاد الذي لاحظوه أنه قادم من هذا النظام لن يحدث مرة أخرى حتى عام 2067.
ببساطة ، النجوم النيوترونية هي البقايا الكثيفة للنجم الذي انفجر في مستعر أعظم ، تاركًا وراءه جسمًا شديد الكثافة وصغير الحجم يدور بسرعة. يؤدي ذلك إلى قيام نجم نيوتروني بتوليد حقول مغناطيسية قوية تركز إشعاعها في شعاع ضيق ، والذي يبدو مثل المنارة عند عرضها على الحافة. عندما تتقاطع هذه الحزم مع الأرض ، يمكن لعلماء الفلك اكتشاف هذه النبضات في الراديو والأطوال الموجية الأخرى.
نظرًا لأنه من الشائع بالنسبة للنجوم الضخمة لتكوين أزواج ثنائية ، فليس من المستغرب أن بعض النجوم النابضة لها رفيق مداري نجا من شريكها في التحول إلى مستعر أعظم. من الشائع أيضًا أن تحتوي هذه الأنظمة على أقراص حطام ، تتأثر بنبض الغزل السريع. عندما يصطدم الإشعاع بالحطام ، فإنه يخلق جسيمات مشحونة يمكن تسريعها إلى سرعة الضوء تقريبًا ، مما يؤدي إلى أشعة غاما ذات الطاقة العالية جدًا (VHE).
باستخدام التلسكوبات الأربعة التي يبلغ طولها 12 مترًا في مرصد فريد لورانس ويبل ، الذي يتم تشغيله بواسطة مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (SAO) ، بدأ تعاون VERITAS في تتبع ما كان يُعتقد أنه نظام VHE لأشعة غاما النابض في عام 2016. يقع هذا المصدر في مشتل نجمي ضخم على بعد 5000 سنة ضوئية من الأرض باتجاه كوكبة الدجاجة.
بمساعدة فريق من علماء الفلك الذين استخدموا التلسكوبين الرئيسيين البالغ طولهما 17 مترًا لتصوير جاما شيرينكوف (ماجيك) (الموجود في مرصد El Roque de Los Muchachos في جزر الكناري) ، وجد الفريق أن النجم النابض لديه رفيق نجمي ضخم التي تدور حوله كل 50 عامًا في مدار إهليلجي للغاية. حسب الفريقان أيضًا أن النجوم ستكون في أقرب نقطة في مدارها بحلول 13 نوفمبر 2017 ، ولن تكون مرة أخرى حتى عام 2067.
وقد دخل مدراء تعاون VERITAS سابقًا في المشاركة مع علماء الفلك الآخرين لمراقبة هذا النظام قبل وأثناء وبعد اقتراب منه. باستخدام التلسكوبات الأربعة لمرصد فريد لورانس ويبل ، اكتشفوا أشعة غاما من ومضات قصيرة للغاية من إشعاع شيرينكوف التي تظهر في السماء عندما يمتصها الغلاف الجوي للأرض.
كشفت الملاحظات الأولية ، التي أجريت في عام 2016 ، عن انبعاثات أشعة جاما ضعيفة ، والتي كانت متسقة مع حقيقة أن النظام الثنائي مضمن في مشتل نجمي. قال رالف بيرد ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس ، والذي لعب دورًا رائدًا في حملة VERITAS: "هذا الانبعاث الثابت منخفض المستوى هو على الأرجح من السديم الذي يتم تشغيله باستمرار من النجم النابض".
لذلك انتظر العلماء النجوم للوصول إلى أقرب نقطة في مدارهم لمعرفة ما إذا كان هناك أي تغيير. وفقًا لـ Alicia López Oramas ، باحثة في MAGIC في معهد Astrofísica de Canarias (IAC) ، وأحد مؤلفي الدراسة المناظرين ، "كان من المتوقع أن يصدر مثل هذا النظام الفريد أشعة جاما عالية الطاقة خلال هذا النهج ، ولا يمكن تفويت هذه الفرصة ".
بحلول سبتمبر ، بدأت الأمور تتغير بشكل جذري. كما أشار تايلر ويليامسون ، وهو طالب دراسات عليا من قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ديلاوير ومساهم رئيسي آخر في برنامج VERITAS:
“تدفق أشعة جاما الذي لاحظناه في سبتمبر كان ضعف القيمة السابقة. خلال أقرب اقتراب بين النجم والنجم النابض ، في نوفمبر 2017 ، ازداد التدفق 10 مرات في ليلة واحدة فقط. "
من أجل شرح هذا السلوك ، قام الفريق بمطابقة النماذج النظرية بناءً على أحدث النظريات حول النجوم النابضة وأقراص الحطام والانبعاثات الناتجة عن ملاحظاتهم. ثبت أن هذا لم ينجح ، مما أدى بهم إلى استنتاج أن هناك حاجة إلى مراجعات كبيرة ، والتي تتضمن معلومات أفضل حول اللقاء بين النجمين.
باختصار ، هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات لهذا الزوج الثنائي قبل أن يتم عمل النمذجة المناسبة. هذا ليس مفاجئًا لأن هذا النظام هو الحالة الثانية فقط لنظام نبضي ثنائي يظهر انبعاث أشعة جاما VHE. ومع ذلك ، كانت الملاحظات التي جمعها الفريقان لا تقدر بثمن ، بالنظر إلى أن جميع التفسيرات السابقة حول سلوك الثنائيات النابضة بأشعة جاما كانت مضاربة.
في السنوات القادمة ، يخطط العلماء لمواصلة مراقبة هذا النجم النابض وغيره من النجوم النابضة لمراقبة السلوك الغريب القادم من هذا النوع المتطرف من الأشياء. وإذا كان من الممكن تطوير نماذج مناسبة لهذا النظام بالتحديد ، فسيكون ذا قيمة هائلة للعلماء ، مما يوفر نظرة ثاقبة على ولادة وتطور الأجسام المدمجة - بدءًا من النجوم النابضة إلى أنظمة الثقب الأسود الثنائي.
وكما قال ويستان بنبو ، عالِم الفيزياء الفلكية في وكالة CfA ، "إن الاستثمار المستمر في تشغيل مرافق فريدة ورائدة مثل VERITAS أمر بالغ الأهمية وسيضمن المزيد من الفرص لتحقيق العلوم التحويلية".
تعاون VERITAS هو مجموعة من 80 عالمًا من 20 مؤسسة مقرها في الولايات المتحدة وكندا وألمانيا وأيرلندا. الدراسة التي تصف نتائجها ظهرت مؤخرا في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. يتم تشغيل مرصد فريد لورانس ويبل من قبل مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (SAO).
