Galactic Centre Pulsars with the SKAO
تستعرض هذه الورقة التحديثات الأخيرة وتحدد استراتيجيات الرصد لمرصد مصفوفة الكيلومتر المربع (SKAO) للكشف عن الجمهرة الخفية من النجوم النابضة بالقرب من الرامي أ* (Sagittarius A*)، مما قد يتيح إجراء اختبارات غير مسبوقة للفيزياء النسبية ودراسات الأيونات المغناطيسية لمركز المجرة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في قلب مجرة درب التبانة تماماً، تقع منطقة من الجاذبية الشديدة والغموض، يهيمن عليها ثقب أسود فائق الكتلة يُعرف باسم "ساجيتاريوس A*" (Sagdrarius A*). لعقود من الزمن، رسم علماء الفلك خرائط لمدارات النجوم التي تدور حول هذا العملاق الخفي، مؤكدين وجوده ومختبرين قوانين الفيزياء في البيئات القاسية. ومع ذلك، لا تزال هناك قطعة حاسمة مفقودة من اللغز: النباض (Pulsar). والنباض هو نجم ميت يدور بسرعة فائقة ويصدر حزمًا من موجات الراديو بدقة تشبه الساعة الكونية. إذا عُثر على مثل هذه الساعة وهي تدور بالقرب من الثقب الأسود، فسوف يسمح ذلك للعلماء بقياس نسيج الزمان والمكان بمستوى من الدقة مستحيل حاليًا، مما قد يكشف عن حقائق جديدة حول الجاذبية وطبيعة الكون. تكمن المشكلة في أن مركز مجرتنا مكان فوضوي ومغبر يشتت إشارات الراديو، مما يجعل سماع هذه الساعات الكونية أمرًا صعبًا للغاية.
تحدد دراسة جديدة خطة مركزة للعثور أخيرًا على هذه الإشارات المراوغة باستخدام "مصفوفة الكيلومتر المربع" (Square Kilometre Array)، وهو تلسكوب راديوي ضخم قيد الإنشاء حاليًا في جنوب أفريقيا. ويوضح الباحثون أنه بينما لم تجد المسوحات السابقة باستخدام أكثر التلسكوبات حساسية في العالم سوى سبعة نباضات فقط ضمن مائة سنة ضوئية من الثقب الأسود، إلا أن هذه الأدوات لم تكن حساسة بما يكفي لاختراق التداخل الكثيف في المركز المجري. ويرى الفريق أن الجيل القادم من التلسكوب، وتحديدًا مصفوفته ذات التردد المتوسط، سيمتلك القدرة اللازمة لاختراق هذا الضجيج. ومن خلال المراقبة عند ترددات راديو عالية جدًا، حيث يكون تشوه الإشارة أضعف، وباستخدام تقنيات بحث متقدمة تبحث عن الإشارات التي تعرضت للتمدد أو التباطؤ بسبب جاذبية الثقب الأسود، يهدف المشروع إلى الكشف عن مجموعة خفية من النباضات. ويشير المؤلفون إلى أن العثور حتى على نباض واحد في مدار ضيق حول الثقب الأسود سيكون إنجازًا تاريخيًا، مما يسمح باختبارات للجاذبية تتجاوز بكثير ما هو ممكن مع الأنظمة النجمية الثنائية الحالية.
تفصل الورقة كيف يخطط الفريق لمعالجة التحديات المحددة للمركز المجري. أحد العقبات الرئيسية هو تشتت موجات الراديو أثناء مرورها عبر الغاز المتأين، مما يؤدي إلى طمس النبضات الحادة للنباض وتحويلها إلى مسحة طويلة وغير واضضحة. هذا التأثير قوي جدًا عند الترددات المنخفضة بحيث يخفي فعليًا إشارات أسرع النباضات دورانًا، والمعروفة بالنباضات ذات الأجزاء من الثانية (millisecond pulsars)، وهي أفضل المرشحين لاختبارات الجاذبية الدقيقة. وللتغلب على ذلك، تتضمن الاستراتيجية المقترحة الاستماع عند ترددات أعلى من 5 جيجاهرتز، حيث يقل التشتت بشكل كبير. وقد حسب الباحثون أنه مع القدرات الكاملة للتلسكوب الجديد، يمكنهم اكتشاف ما يصل إلى 84 بالمائة من النباضات التي قد توجد في هذه المنطقة، بشرط ألا يكون التشتت أكثر شدة مما لوحظ في الأمثلة القليلة المعروفة. وإذا كان التشتت بالفعل بالشدة التي تتوقعها بعض النماذج، فإن معدل النجاح ينخفض، لكن النطاقات عالية التردد لا تزال توفر فرصة واقعية للاكتشاف.
وبعيدًا عن البحث عن رفيق الثقب الأسود، تؤكد الدراسة على قيمة العثور على أي نباض في المنطقة المركزية لفهم البيئة نفسها. ويشير الفريق إلى أن النباضات القليلة التي تم اكتشافها بالفعل أظهرت سلوكيات غريبة، مثل التغيرات السريعة في بصماتها المغناطيسية، مما يشير إلى بيئة مضطربة ومعقدة مليئة بالمجالات المغناطيسية وتيارات الغاز. ومن خلال رسم خرائط لهذه الإشارات، يأمل علماء الفلك في قياس كثافة الغاز وقوة المجالات المغناطيسية في القلب المجري، مما يوفر صورة أوضح لكيفية تشكل النجوم وتطورها في مثل هذا الحي المزدحم. علاوة على ذلك، يمكن لوجود هذه النباضات أن يساعد في حل جدل طويل الأمد حول زيادة غامضة في أشعة غاما القادمة من مركز المجرة. يعتقد بعض العلماء أن هذا التوهج يأتي من إفناء المادة المظلمة، بينما يجادل آخرون بأنه الضوء المجمع لآلاف النباضات الخافتة غير المكتشفة. ويمكن لمسح ناجح باستخدام التلسكوب الجديد أن يحصي هذه النباضات ويحدد أي التفسيرين هو الصحيح.
كما يصف الباحثون نهجًا متطورًا للبحث نفسه، يتجاوز الطرق القياسية التي تفترض أن النباض يدور بمعدل ثابت. نظرًا لأن النباض الذي يدور حول ثقب أسود فائق الكتلة يخضع لقوى جاذبية هائلة، فإن إشارته يمكن أن تظهر وكأنها تتسارع أو تتباطأ بطرق تربك خوارزميات البحث التقليدية. يقترح الفريق استخدام تقنيات جديدة تأخذ في الاعتبار هذه التسارعات وحتى "الارتجاج" (jerk) أو التغيرات المفاجئة في الحركة، مما يضمن عدم تفويت أي إشارة بسبب الديناميكيات القصوى للمدار. ويخططون لمراقبة مركز المجرة لفترات زمنية طويلة، باستخدام حزم متعددة لتغطية مساحة واسعة وللتحقق من أن أي إشارة مكتشفة هي جسم سماوي حقيقي وليست نتاجًا اصطناعيًا للتلسكوب. والهدف النهائي هو إنشاء أرشيف شامل للبيانات سيكون بمثابة مورد للمجتمع العلمي لعقود، مما يسمًا الباحثين المستقبليين بتطبيق أدوات أكثر تقدمًا على نفس الملاحظات.
بينما لا تدعي الورقة أنه تم العثور على نباض يدور حول الثقب الأسود، إلا أنها تقدم حجة واضحة ومقنعة بأن التكنولوجيا اللازمة للعثور على واحد باتت الآن في المتناول. ويعرب المؤلفون عن ثقتهم في أن "مصفوفة الكيلومتر المربع" ستكشف أخيرًا عن المجموعة الخفية من النباضات في المركز المجري، مما سيغير فهمنا لأكثر البيئات تطرفًا في مجرتنا. إن اكتشاف ولو جسم واحد من هذا القبيل سيفتح نافذة جديدة على طبيعة الجاذبية، وتوزيع المادة المظلمة، وتاريخ تشكل النجوم في قلب درب التبانة. وحتى ذلك الحين، يستمر البحث، مدفوعًا بالوعد بأن الجيل القادم من التلسكوبات سيسمح لنا أخيرًا بسماع دقات أكثر الساعات دقة في الكون.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.