🔭 astrophysics

Searching for links between energetic millisecond pulsars and repeating fast radio bursts

تقارن هذه الدراسة بين النبضات العملاقة للنباض الميلي ثانية النشط M28A وبين الاندفاعات الراديوية السريعة المتكررة FRB 20200120E باستخدام عمليات رصد تلسكوب باركس، وتجد عدم وجود دليل قوي يربط بين الاثنين، رغم أنها لا تستطيع استبعاد إمكانية أن يكون FRB 20200120E نوعاً نادراً وفريداً من النباضات الميلي ثانية التي ليس لها نظير في مجرتنا.

المؤلفون الأصليون: R. J. van Ruiten, J. W. T. Hessels, S. Bhandari, P. Chawla, A. Gopinath, D. M. Hewitt, K. Nimmo, M. P. Snelders

نُشر 2026-05-21

📖 3 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: R. J. van Ruiten, J. W. T. Hessels, S. Bhandari, P. Chawla, A. Gopinath, D. M. Hewitt, K. Nimmo, M. P. Snelders

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 أن الكون عبارة عن محطة إذاعية ضخمة وصاخبة. لسنوات، كان علماء الفلك يضبطون أجهزتهم لاستقبال "نبضات" غامضة وشديدة السطوع تأتي من أعماق الفضاء تسمى الومضات الراديوية السريعة (FRBs). يبدو أن معظم هذه النبضات تأتي من أجسام شابة وعنيفة تسمى "المغناطيسات النجمية" (Magnetars) (وهي نجوم نيوترونية ذات مجالات مغناطيسية فائقة القوة).

ومع ذلك، وُجدت نبضة واحدة محددة، تُدعى FRB 20200120E، في حي غريب جداً: عنقود نجمي كروي. وهذه العناقيد هي أحياء قديمة مليئة بالنجوم العجوزة جداً، وليست مثل تلك الأجسام الشابة والنشطة التي ترتبط عادةً بهذه الومضات. وهذا ما جعل علماء الفلك في حيرة من أمرهم.

السؤال الكبير: هل هي "نبضة عملاقة" من نجم قديم؟

اقترحت إحدى النظريات أن هذا الومض (FRB) قد لا يكون "مغناطيسياً نجمياً" شاباً على الإطلاق. بدلاً من ذلك، قد يكون نابضاً ميلي ثانية (MSP) — وهو نجم قديم "مُعاد تدويره" تم تسريع دورانه بواسطة نجم مرافق. هذه النجوم القديمة تطلق أحياناً "نبضات عملاقة" (GPs)، وهي تشبه العطسات المفاجئة والضخمة من الطاقة الراديوية.

ولاختبار هذا، قرر الباحثون البحث عن أقوى "عاطس" (نابض ميلي ثانية) في مجرتنا، وهو نجم يُدعى M28A. إذا كان FRB 20200120E مجرد نبضة عملاقة من نجم قديم، فإن M28A يجب أن يبدو مشابهاً جداً له، لكنه فقط أقرب إلينا بكثير.

التجربة: الاستماع بأذن عملاقة

استخدم الفريق تلسكوب باركس (Parkes Telescope) في أستراليا، والذي يمتلك "أذناً" خاصة (مستقبلاً) يمكنها سماع نطاق هائل من الترددات الراديوية في وقت واحد (من 700 ميجاهرتز إلى 4000 ميجاهرتز). لقد استمعوا إلى M28A لمدة 9 ساعات تقريباً، حيث رصدوا أكثر من 150 نبضة عملاقة من هذه.

فكر في الأمر كأنك تحاول فهم نوع معين من دوي الرعد من خلال الاستماع إلى أقوى عاصفة رعدية يمكنك العثين عليها، ولكن هذه المرة، العاصفة تحدث في فنائك الخلفي مباشرة.

ما وجدوه: "العطسات" لا تتطابق

بعد تحليل البيانات، قارن الباحثون بين "العطسات" من M28A (نجمنا المحلي) وبين "النبضات" من FRB 20200120E (الومضة البعيدة الغامضة). وإليكم ما اكتشفوه:

السرعة: نبضات النجم المحلي سريعة للغاية، حيث تستغرق أقل من رمشة عين (ميكروثانية). أما نبضات FRB البعيدة فهي بطيئة الحركة بالمقارنة (رغم أنها لا تزال سريعة جداً بالنسبة لنا). الأمر يشبه مقارنة رفرفة جناح طائر الطنان ببطء حركة الحلزون.
الحجم: النجم المحلي صوته عالٍ، لكن الـ FRB البعيد أعلى منه بـ 100,000 مرة. ورغم أن النجم المحلي هو الأقوى في مجرتنا، إلا أنه لا يزال مجرد همس مقارنة بالغموض البعيد.
التوقيت: نبضات النجم المحلي تحدث بنمط إيقاعي صارم للغاية (مثل بندول الساعة). أما نبضات FRB البعيدة فهي فوضوية وعشوائية، وتأتي أحياناً في شكل "عواصف" من النشاط.
الشكل: تغطي نبضات النجم المحلي عادةً نطاقاً واسعاً من الترددات الراديوية (broadband)، رغم أنها قد تحتوي أحياناً على "جزر" صغيرة وضيقة من التردد. أما نبضات FRB البعيدة، فتبدو ضيقة النطاق في الغالب.

الحكم النهائي

خلص الباحثون إلى أن M28A و FRB 20200120E ليسا على الأرجح من النوع نفسه. فـ "عطسات" النجم المحلي سريعة جداً، وهادئة جداً، ومنتظمة جداً لتكون من نفس نوع الظاهرة البعيدة.

ومع ذلك، فقد ترك البحث باباً واحداً موارباً. فقد اقترحوا أن FRB 20200120E قد يكون نوعاً نادراً وفريداً جداً من النجوم القديمة لم نره بعد في مجرتنا. من الممكن أننا لو استمعنا إلى M28A لمئات أو آلاف الساعات، فقد نتمكن في النهاية من رصد "عطسة خارقة" تكون بقوة الـ FRB البعيد، لكننا لم نرصدها بعد.

باخت-صار: وجدت الدراسة أن النجم الأكثر طاقة في مجرتنا لا يتطابق تماماً مع تلك الومضة البعيدة الغامضة، مما يشير إلى أنهما ظاهرتان مختلفتان. لكن لغز الومضة البعيدة لا يزال قائماً، وقد يكون نوعاً فريداً من النجوم التي لم نلتقِ بها بعد.

بيان المشكلة
يمثل الاندفاع الراديوي السريع (FRB) المتكرر 20200120E تحدياً لنماذج تشكل الاندفاعات الراديوية السريعة القياسية. إذ يتعارض توطنه داخل عنقود كروي (GC) في نظام M81 مع الفرضية السائدة التي تفترض أن الاندفاعات الراديوية السريعة تنشأ من مغناطيسات (magnetars) شابة ناتجة عن انهيار النواة، حيث تستضيف العناقيد الكروية عادةً مجموعات نجمية قديمة. تقترح فرضية بديلة أن FRB 20200120E قد يكون نبضاً ميلي ثانية (MSP) معاد تدويره يصدر نبضات عملاقة (GPs). ومع ذلك، توجد فجوة سطوع كبيرة بين النبضات العملاقة المعروفة في مجرة درب التبانة والاندفاعات الراديوية السريعة خارج المجرة. ولاختبار فرضية النبض الميلي ثانية، من الضروري توصيف أكثر النبضات الميلي ثانية طاقة معروفة في المجرة، وهي M28A (PSR B1821−24A)، وتحديد ما إذا كانت خصائص نبضاتها العملاقة يمكن أن تسد الفجوة مع FRB 20200120E، لا سيما فيما يتعلق بالبنية الطيفية والقدرة المحتملة على الانبعاث ضيق النطاق.

المنهجية
أجرى المؤلفون عمليات رصد لـ M28A باستخدام تلسكوب Murriyang (Parkes) بقطر 64 متراً والمجهز بمستقبل Ultra Wideband Low-frequency (UWL). وفر هذا الإعداد عرض نطاق ترددي لحظي قدره 3.3 جيجاهرتز (704–4032 ميجاهرتز) مع دقة زمنية تبلغ 2 ميكروثانية ودقة تردد تبلغ 4 ميجاهرتز. تم إجراء ثلاث جلسات رصد (O1, O2, O3) في عام 2022، بإجمالي زمن تكامل يبلغ حوالي 8.77 ساعة.

تضمن مسار تحليل البيانات ما يلي:

معالجة البيانات: تحويل البيانات الخام إلى تنسيق filterbank، وإزالة التشتت المتماسك (DM $\approx$ 119.9 pc cm $^{-3}$ )، والطي لتوليد ملفات تعريف النبض المتوسطة.
كشف النبضات العملاقة (GP): استخدام مسار بحث معدل للنبضات المنفردة باستخدام PRESTO ومصنف التعلم الآلي FETCH لتحديد المرشحين. أُجري البحث عبر النطاق الكامل وعبر بحث النطاق الفرعي (تقسيم النطاق إلى نطاقات فرعية متداخلة بعروض مختلفة) للكشف عن احتمال وجود نبضات ضيقة النطاق قد تضعف في بحث النطاق الكامل.
التوصيف: قام المؤلفون بتحليل مدة النبضات العملاقة، والسطوع الطيفي المتماثل في جميع الاتجاهات، وتوزيعات الطاقة (عبر توزيعات S/N)، وتوزيعات وقت الانتظار، وتغير مقياس التشتت (DM)، والبنى الطيفية (بما في ذلك تحليل دالة الارتباط الذاتي لترددات إلغاء الارتباط وأزمنة التشتت).

المساهمات الرئيسية

التوصيف واسع النطاق: تقدم هذه الدراسة أول تحليل واسع النطاق لحظي بقدرة 3.3 جيجاهرتز لـ M28A، مما يوسع بشكل كبير الملاحظات السابقة محدودة النطاق (حتى 0.8 جيجاهرتز).
بحث النطاق الفرعي: نفذ المؤلفون بحثاً صارماً للنطاق الفرعي لاختبار وجود نبضات عملاقة ضيقة النطاق ( $\lesssim$ 200 ميجاهرتز) بشكل محدد، وهي ذات صلة بالطبيعة ضيقة النطاق لاندفاعات FRB 20200120E.
التحليل المقارن: تقدم الورقة مقارنة مباشرة ومفصلة لخصائص النبضات العملاقة لـ M28A مقابل الخصائص المرصودة لـ FRB 20200120E، باستخدام أكبر عينة متاحة من اندفاعات FRB 20200120E.

النتائج

الكشف: تم اكتشاف حوالي 156 نبضة عملاقة بنسبة S/N > 7.0. بلغ متوسط معدل الكشف حوالي 18 ساعة $^{-1}$ .
البنية الطيفية:
- لم يتم اكتشاف أي نبضات عملاقة ضيقة النطاق حقاً (نبضات معزولة محصورة في $\lesssim$ 200 ميجاهرتز) في نطاق 3.3 جيجاهرتز الكامل.
- ومع ذلك، غالباً ما تظهر أطياف النبضات العملاقة "جزرًا" أو بقعاً ساطعة بعرض نطط يبلغ $\sim$ 100 ميجاهرتز. يمكن لهذه البقع أن تظهر كسمات ضيقة النطاق معزولة إذا لوحظت بنطاق ترددي أصغر، مما يحاكي مظهر اندفاعات FRB 20200120E.
- تمتد أقوى النبضات العملاقة عبر عرض النطاق الكامل 3.3 جيجاهرتز، وتظهر أطيافاً واسعة النطاق ذات بنى معقدة ورقعية.
- المؤشرات الطيفية لأقوى النبضات العملاقة حادة ( $\alpha \sim 1.3 - 1.5$ )، رغم أن بعضها يظهر أطيافاً أكثر تسطحاً.
الخصائص الزمنية والإحصائية:
- المدد: المدد الجوهرية للنبضات العملاقة هي $\lesssim$ 2 ميكروثانية (متسقة مع الدراسات السابقة)، وهي أقل بنحو 50 مرة من اندفاعات FRB 20200120E (50–100 ميكروثانية).
- السطوع: السطوع الطيفي المتماثل في جميع الاتجاهات للنبضات العملاقة لـ M28A هو $\sim$ 10 $^{23}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ ، وهو أقل بنحو $10^5$ مرة من FRB 20200120E ( $\sim$ 10 $^{28}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ ).
- الدورية: تحدث نبضات M28A حصرياً ضمن نافذتين ضيقتين من الطور الدوراني (توزيع وقت انتظار بواسون)، بينما لا يظهر FRB 20200120E دورية واضحة.
- تغير مقياس التشتت (DM): يظهر كلا المصدرين تغيراً ضئيلاً في DM ( $\Delta$ DM $<$ 0.15 pc cm $^{-3}$ على مدى أشهر).
- توزيع الطاقة: يظهر كلا المصدرين توزيعات طاقة ذات قانون قوة حاد (المؤشرات $\sim$ 1.8 لـ M28A و $\sim$ 2.4 لـ FRB 20200120E).

الأهمية والادعاءات
تخلص الدراسة إلى أنه لا توجد روابط قوية بين النبض الميلي ثانية المجرّي المثير M28A وFRB 20200120E بناءً على الخصائص المرصودة. يسلط المؤلفون الضوء على اختلافات جوهرية:

نبضات M28A أقل سطوعاً بعدة مراتب من القدر وأقصر مدة بشكل ملحوظ.
نبضات M28A دورية بدقة، بينما FRB 20200120E ليس كذلك.
نبضات M28A واسعة النطاق بشكل عام، بينما اندفاعات FRB 2020020120E ضيقة النطاق في الغالب (رغم أن M28A يظهر جزرًا طيفية ضيقة النطاق).

ومع ذلك، يذكر المؤلفون بتواضع أنهم لا يستطيعون استبعاد إمكانية أن يكون FRB 20200120E نوعاً نادراً وفريداً من النبضات الميلي ثانية ليس له نظير في درب التبانة. ويقترحون أن الجزر ضيقة النطاق الملاحظة في نبضات M2M8A قد تكون تجلياً لنفس الآلية الفيزيائية التي تنتج FRB 20200120E، ولكن بمقياس مختلف. وتفترض الورقة أن المراقبة عالية الوتيرة لـ M28A لمئات أو آلاف الساعات قد تكشف عن نبضات نادرة وشديدة السطوع يمكنها سد فجوة الطاقة، مما قد يدعم فرضية النبض الميلي ثانية إذا تم اكتشاف مثل هذه الأحداث.

السؤال الكبير: هل هي "نبضة عملاقة" من نجم قديم؟

التجربة: الاستماع بأذن عملاقة

ما وجدوه: "العطسات" لا تتطابق

الحكم النهائي

أبحاث مشابهة