🔭 astrophysics

Discovery of two new millisecond pulsars towards the Galactic bulge

من خلال عمليات رصد المتابعة الراديوية العميقة لمرشحي الأشعة السينية باستخدام تلسكوبات ميركات، وموريانغ، وغرين بانك، اكتشف الباحثون نبضين ميلي ثانية جديدين في انتفاخ المجرة، بما في ذلك مرشح "الأرملة السوداء"، مما ضاعف عدد هذه النبضات المكتشفة داخل الدرجتين الداخليتين من مركز المجرة.

المؤلفون الأصليون: J. Berteaud, F. Calore, M. Clavel, S. Dai, J. S. Deneva, S. Hyman, F. K. Schinzel, A. Ridolfi, S. M. Ransom, F. Abbate, C. J. Clark, M. Kramer, T. Thongmeearkom, B. W. Stappers, E. D. Barr, R. P. Bret

نُشر 2026-03-18

📖 3 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: J. Berteaud, F. Calore, M. Clavel, S. Dai, J. S. Deneva, S. Hyman, F. K. Schinzel, A. Ridolfi, S. M. Ransom, F. Abbate, C. J. Clark, M. Kramer, T. Thongmeearkom, B. W. Stappers, E. D. Barr, R. P. Breton

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

تخيل مركز مجرتنا، درب التبانة، كمدينة صاخبة ومزدحمة في الليل. لأكثر من 15 عاماً، ظل علماء الفلك يحدقون في "ضباب" غريب ومتوهج من الضوء عالي الطاقة (أشعة غاما) القادم من مركز هذه المدينة. ويطلقون عليه اسم "فائض مركز المجرة" (Galactic Center Excess).

لفترة طويلة، كانت لدى علماء الفلك نظريتان رئيسيتان حول سبب هذا التوهج:

نظرية المادة المظلمة: جسيمات غامضة وغير مرئية تتصادم وتنفجر، مما يؤدي إلى إنتاج الضوء.
نظرية "الزحام الخفي": التوهج ليس ناتجاً عن انفجار واحد كبير، بل عن آلاف النجوم الصغيرة الباهتة والدوارة التي تسمى النباضات بالميلي ثانية (Millisecond Pulsars) والتي يصعب رؤيتها بشكل فردي.

تخيل الأمر كأنك تحاول رؤية حشرة "يراعة" واحدة في غابة مظلمة. إذا كان لديك يراعة واحدة، فمن السهل رصدها. ولكن إذا كان لديك مليون يراعة تومض بسرعة في الأفق، فستبدو جميعها كبقعة ضوئية واحدة ضبابية. اشتبه علماء الفلك في أن هذا "الضباب" هو في الواقع سرب من هذه اليراعات الخفية (النباضات) التي كانت التلسكوبات السابقة "ضحلة" للغاية (أي غير حساسة بما يكفي) لرصدها بشكل فردي.

المهمة: غوص عميق للبحث

قرر مؤلفو هذه الورقة البحثية لعب دور المحقق. لم يبحثوا بشكل عشوائي؛ بل استخدموا استراتيجية جديدة وذكية. لقد بحثوا في قائمة من "المشتبه بهم" — وهي مصادر الأشعة السينية في مركز المجرة التي قد تكون هي هذه النباضات الخفية.

وجهوا ثلاثة تلسكوبات راديوية ضخمة (MeerKAT في جنوب أفريقيا، وMurriyang في أستراليا، وGreen Bank في الولايات المتحدة) نحو هؤلاء المشتبه بهم. كان الأمر يشبه استخدام كاميرا رؤية ليلية فائقة القوة لمسح الغابة بحثاً عن تلك اليراعات المحددة.

المفاجأة: العثور على يراعتين جديدتين

بينما كانوا يصطادون النباضات المرتبطة بمشتبه بهم المحدد من الأشعة السينية، وجدوا شيئاً غير متوقع. لم يجدوا النباض الذي كانوا يبحثون عنه في البقعة المحددة له تماماً، بل وجدوا نباضين جديدين بالميلي ثانية بجواره مباشرة في نفس المنطقة العامة.

PSR J1740–28: نجم يدور 65 مرة في الثانية. إنه يشبه منارة ذات وميض بطيء وطويل جداً. وهو في رقصة واسعة وبطيئة مع نجم مرافق صغير.
PSR J1740–2805: نجم أسرع بكثير، يدور 133 مرة في الثانية. هذا النوع يُعرف بـ "الأرملة السوداء" (Black Widow). في الكون، النباض "الأرملة السوداء" هو نجم شره يأكل ببطء نجمه المرافق الصغير، مثل عنكبوت يلتهم شريكته. إنه يدور بسرعة هائلة وله مدار ضيق وسريع للغاية.

لماذا هذا الأمر مهم؟

مضاعفة العدد: قبل هذا الاكتشاف، كان يُعرف وجود نباضين فقط من هذا النوع في الجزء الداخلي جداً من المجرة. هذا الاكتشاف يضاعف ذلك العدد. الأمر يشبه العثود على نوعين جديدين من الطيور النادرة في غابة كنت تعتقد أنه لم يتبقَ فيها سوى نوعين فقط.
عامل "الصدفة السعيدة": كان الاكتشاف عرضياً. كانوا يبحثون عن مصدر أشعة سينية معين، لكن النباضات التي وجدوها لم تكن مرتبطة به في الواقع، بل كانت مختبئة بالقرب منه فحسب. وهذا يثبت أن مركز المجرة مليء بهذه الأجسام الخفية، وأننا نحتاج فقط للبحث بعمق أكبر للعثور عليها.
حل اللغز: على الرغم من أن هذين النباضين لا يحلان لغز "فائض مركز المجرة" بمفردهما، إلا أنهما يثبتان أن نظرية "الزحام الخفي" هي نظرية واردة ومنطقية. إذا كان بإمكاننا العثور على هذين الاثنين، فمن المرجح وجود الآلاف غيرهما يختبئن في الظلام، مما قد يفسر ذلك الضباب الغامض من أشعة غاما.

الخلاصة

هذه الورقة البحثية هي قصة عن الإصرار والأدوات الأفضل. فمن خلال استخدام عمليات بحث أكثر عمقاً وحساسية، وجد علماء الفلك مسرعين كونيين جديدين. إنها تذكير بأنه في الكون، غالباً ما تكون أكثر الأشياء إثارة للاهتمام هي تلك التي لا نستطيع رؤيتها بأعيننا، المختبئة في وضح النهار حتى نصنع "المصباح" المناسب للعثور عليها.

باخت مختصراً: كنا نبحث عن شبح محدد في منزل مسكون، لكننا بدلاً من ذلك وجدنا شبحين جديدين يختبئان في الرواق. هذا يثبت أن المنزل مليء بالأشباح، وأننا نصبح أفضل في العثور عليهم.

إليك ملخص تقني مفصل للورقة البحثية "اكتشاف نبضانان ميلي ثانية جديدان باتجاه انتفاخ المجرة" بواسطة بيرتود وآخرون (2025).

1. بيان المشكلة

الزيادة في مركز المجرة (GCE) هي زيادة غامضة في انبعاثات أشعة غاما المرصودة بواسطة تلسكوب "فيرمي" (Fermi) لآلة لابت (LAT) والتي تنشأ من مركز المجرة. هناك فرضيتان رئيسيتان لتفسير أصلها:

إبادة المادة المظلمة: الإبادة الذاتية لجسيمات المادة المظلمة.
النباضات الميلي ثانية (MSPs) غير المحلولة: مجموعة كبيرة من النباضات الخافتة والسريعة الدوران (فتراتها < 30 مللي ثانية) التي تكون باهتة للغاية بحيث لا يمكن اكتشافها بشكل فردي بواسطة "فيرمي"، ومشتتة للغاية بحيث لا يمكن العثقل عليها في المسوحات الراديوية الضحلة.

بينما تحظى فرضية النباضات الميلي ثانية (MSP) بالدعم من خلال مورفولوجيا الزيادة الشبيهة بالانتفاخ وإحصائيات الفوتونات، إلا أن الأدلة المباشرة في شكل اكتشافات راديوية فردية للنباضات الميلي ثانية داخل الانتفاخ المجري الداخلي كانت مفقودة. غالبًا ما تكون المسوحات الراديوية الحالية في نطاق جيجاهرتز (GHz) ضحلة جدًا بحيث لا تستطيع اكتشاف النباضات الميلي ثانية البعيدة وعالية التشتت المرتبطة بالانتفاخ، كما أن تقديرات المسافة بناءً على مقياس التشتت (DM) غير مؤكدة بسبب نماذج كثافة الإلكترونات المعقدة.

2. المنهجية

استخدم المؤلفون استراتيجية اختيار المرشحين متعددة الأطوال الموجية متبوعة بعمليات بحث راديوية عميقة ومستهدفة.

اختيار المرشحين:
- استخدم الفريق فهرسًا للمصادر الأشعة السينية التي حددها مرصد "تشاندرا" (Chandra) في المجرة الداخلية، مع مطابقتها مع نظائر راديوية (VLA) وأشعة غاما (Fermi).
- استهدفوا تحديدًا 9 مرشحين للأشعة السينية يفتقرون إلى نظائر ساطعة في الأشعة تحت الحمراء/الضوئية/فوق البنفسجية (وهي سمة مميزة للنباضات الميلي ثانية البعيدة) وأظهروا ارتباطات راديوية أو غامائية محتملة.
- شمل ذلك 5 مصادر تم اكتشافها فقط في الأشعة السينية والراديو، و4 مصادر إضافية تمت مطابقتها مع مصادر "فيرمي" (بما في ذلك مصدر واحد في العنقود النجمي Terzan 1).
الحملات الرصدية:
- المسوحات الأولية: أجريت باستخدام تلسكوب موريانغ (Murriyang) (مستقبل UWL، بتردد 704–4032 ميجاهرتز) وتلسكوب جرين بانك (GBT) (نطاق C ونطاق S) للبحث عن النبضات الراديوية الدورية.
- المتابعة العميقة: بالنسبة للمرشحين الواعدين والاكتشافات العرضية، أُجريت عمليات رصد عميقة باستخدام MeerKAT (نطاق S) كجزء من المشروع العلمي الكبير TRAPUM.
- معالجة البيانات:
  - استُخدمت برامج PRESTO و Pulsar Miner للبحث عن الدورية، بما في ذلك عمليات البحث عن تسارع المجال الفوري (Fourier-domain acceleration searches) لاكتشاف الأنظمة الثنائية.
  - تم تطبيق إلغاء التشتت المتماسك (coherent de-dispersion) وإزالة التداخل الراديوي (RFI) القياسية.
  - تم إجراء تحليل التوقيت باستخدام TEMPO2 لاستخ derivation الحلول المرتبطة بالطور ومعاملات المدار.

3. النتائج الرئيسية

أسفرت الحملة عن اكتشاف نباضين ميلي ثانية جديدين في اتجاه انتفاخ المجرة، رغم أن أياً منهما لم يكن مرتبطًا بهدف الأشعة السينية الأصلي الذي كانوا يبحثون عنه.

PSR J1740–28

الاكتشاف: تم اكتشافه لأول مرة باستخدام GBT (نطاق S) عند مستوى دلالة 13 $\sigma$ ؛ وتم تأكيده بواسطة "موريانغ".
المعلمات:
- فترة الدوران ( $P$ ): 15.4 مللي ثانية.
- مقياس التشتت (DM): 317 سم $^{-3}$ فرسخ فلكي.
- المسافة: تُقدر بـ 4.58–5.29 كيلو فرسخ فلكي (اعتمادًا على نماذج الإلكترونات NE2001 أو YMW16)، مما يضعه داخل انتفاخ المجرة.
- النظام الثنائي: رفيق منخفض الكتلة (< 0.53 $M_\odot$ )، وفترة مدارية تبلغ حوالي 191 يومًا، وانحراف مداري منخفض جدًا ( $e \approx 0.0004$ ).
- الارتباط: ليس مرتبطًا بمصدر الأشعة السينية المستهدف 2CXO J174007.6–280708.

PSR J1740–2805

الاكتشاف: تم اكتشافه عرضيًا في نطاق UWL العلوي أثناء متابعة PSR J1740–28؛ وتم إعادة اكتشافه في بيانات GBT الأولية وتأكيده بواسطة MeerKAT.
المعلمات:
- فترة الدوران ( $P$ ): 7.51 مللي ثانية.
- مقياس التشتت (DM): 330 سم $^{-3}$ فرسخ فلكي.
- المسافة: تُقدر بـ 4.74–7.01 كيلو فرسخ فلكي، مما يشير بقوة إلى أصل في الانتفاخ.
- النظام الثنائي: مدار مدمج للغاية ( $P_{orb} \approx 0.48$ يوم) مع رفيق منخفض الكتلة جدًا ( $M_{min} \approx 0.05 M_\odot$ ).
- التصنيف: يستوفي معايير نباض "الأرملة السوداء" (Black Widow) (نوع من نباضات "العنكبوت").
- النظير: تم تحديده كمصدر راديوي مستمر ومستقطب دائريًا في تصوير MeerKAT لنطاق L (Frail et al. 2024) بكثافة تدفق قدرها 0.86 مللي جانبي (mJy).
- الارتباط: يقع على بعد 1.6 دقيقة قوسية من هدف الأشعة السينية الأصلي؛ ولم يتم العثور على نظير للأشعة السينية.

عدم الاكتشاف والحدود العليا

لم يتم العثور على نباضات في المصادر السبعة الأخرى المستهدفة.
حسب المؤلفون الحدود العليا النظرية لفترات الدوران للمصادر غير المكتشفة. بالنسبة لاثنين من الأهداف، تم استبعاد الفترات الأطول من ~0.9 مللي ثانية، مما يستبعد فعليًا كونها نباضات ميلي ثانية قياسية (رغم أن النباضات الشابة أو الأنظمة عالية الكسوف تظل ممكنة).

4. الأهمية والآثار المترتبة

مضاعفة السكان المعروفين: هذه الاكتشافات تضاعف عدد النباضات الميلي ثانية (MSPs) المعروفة داخل الـ $2^\circ$ الأكثر داخلية من مركز المجرة.
التحقق من المسوحات العميقة: كانت الاكتشافات عرضية (غير مرتبطة بأهداف الأشعة السينية المحددة)، مما يسلط الضوء على أن المسوحات الضحلة الحالية تفقد هذه الأجسام. وهذا يوضح الضرورة القصوى للمسوحات الراديوية العميقة والمستهدفة عند الترددات العالية للتغلب على التشتت والانتشار في المجرة الداخلية.
دعم فرضية النباضات الميلي ثانية: إن اكتشاف اثنين من النباضات الميلي ثانية بمسافات متوافقة مع انتفاخ المجرة يدعم الفرضية القائلة بأن وجود مجموعة مخفية من هذه النباضات يمكن أن يساهم في GCE.
آليات التكوين: توفر خصائص هذه النباضات (خاصة PSR J1740–2805 كأرملة سوداء و PSR J1740–28 كنظام ثنائي واسع) قيودًا على قنوات تكوين النباضات الميلي ثانية في الانتفاخ، والتي قد تتضمن الانهيار الناجم عن التراكم أو العناقيد النجمية المشتتة.
رؤية منهجية: تشير الورقة إلى أنه بينما كانت طريقة اختيار الأشعة السينية قد أسفرت عن اكتشافات عرضية، فإن العائد المنخفض (2 من أصل 9) يشير إلى أنه بينما الطريقة واعدة، إلا أن الحاجة إلى تصوير راديوي أعمق للمجرة الداخلية ضرورية للتحقق رسميًا من معايير الاختيار المرتبطة بـ GCE أو تحسينها.

الخاتمة

نجحت الورقة في تحديد اثنين من النباضات الميلي ثانية الجديدين في انتفاخ المجرة باستخدام نهج متعدد الأطوال الموجية ومتابعة راديوية عميقة. وبينما لم تكن أهداف الأشعة السينية المحددة هي التي عثرت على النباضات، فإن الاكتشاف العرضي لـ PSRs J1740–28 و J1740–2805 يؤكد وجود مجموعة مخفية من النباضات الميلي ثانية في المجرة الداخلية، مما يعزز فرضية الأصل النجمي للزيادة في مركز المجرة.