Revisiting the XMM-Newton Observations of the Galactic Microquasar SS 433: Implications for the Origin of the Ultrahigh-Energy Emission Detected by LHAASO
تعيد هذه الورقة تحليل عمليات رصد مرصد "إكس إم إم-نيوتن" (XMM-Newton) للميكروكويزار (microquasar) SS 433 للتحقيق في إمكانية كونه معجلاً لجسيمات بآلاف الإلكتروفولت (PeVatron) في مجرتنا، حيث وجدت أنه بينما يمكن لمكون إلكتروني صلب بالقرب من قواعد النفاثات أن يفسر انبعاثات الطاقة الفائقة لمرصد "لاهاسو" (LHAASO) تحت ظروف حقل مغناطيسي محددة، فإن التطور الطيفي الملحوظ وإعادة السطوع في اتجاه المصب يستلزمان حقن جسيمات إضافي أو إعادة تسريع داخل النفاثات.
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 الكون كموقع بناء ضخم وفوضوي، حيث تقوم عمالقة غير مرئية بتحطيم الأشياء معاً باستمرار. في هذه الورشة الكونية، توجد آلات خاصة تسمى "بيفاترونز" (PeVatrons)، وهي تعمل كمعجلات جسيمات فائقة القوة. مهمتها هي أخذ جسيمات متناهية الصغر وغير مرئية وصدمها ببعضها البعض حتى تصل إلى طاقات عالية جداً تجعل أقوى آلاتنا على الأرض تبدو وكأنها ألعاب أطفال. لقد ظل العلماء يبحثون عن هذه الآلات الكونية لعقود، لأنها قد تحمل السر وراء المصدر الذي تأتي منه "الأشعة الكونية" الغامضة التي تهطل علينا باستمرار. عادةً ما يبحث العلماء عن هذه الآلات في حطام النجوم المنفجرة، ولكن مؤخراً، ظهر فئة جديدة من المشتبه بهم: "الميكروكوازارات" (microquasars). وهي عباءات من نجمين (أحدهما ثقب أسود) تكون جائعة جداً لدرجة أنها تلتهم جارها وتقذف بنفاثتين من المواد عالية السرعة، مثل خرطوم حديقة كوني تم رفع ضغطه إلى أقصى حد. أحد أشهر هذه الأنظمة هو "SS 433"، وهو نظام حيّر علماء الفلك لسنوات. مؤخراً، رصد كاشف ضخم على الأرض يسمى "LHASSO" شيئاً مذهلاً قادماً من "SS 433": جسيمات بطاقات تتجاوز 100 تيرا إلكترون فولت (TeV). هذه هي منطقة "الطاقة الفائقة العالية"، وهو نوع من الطاقة يشير إلى أن "SS 433" قد يكون أحد تلك "البيفاترونز" المراوغة. ولكن هنا تكمن العقبة؛ فرؤية الطاقة أمر سهل، أما معرفة كيفية وصولها إلى هذا المستوى، فهو يشبه محاولة تخمين وصفة كعكة بمجرد تذوق الفتات.
قرر فريق من علماء الفلك إلقاء نظرة فاحصة على "SS 433" باستخدام تلسكوب فضائي قوي يسمى "XMM-Newton"، والذي يرى الكون في الأشعة السينية. فكر في الأشعة السينية كـ "بصمة حرارية" للكون؛ فهي تظهر لنا أين تتردد الإلكترونات الأكثر طاقة حول. قام الفريق برسم خريطة للنفاثتين العملاقتين اللتين تنطلقان من الثقب الأسود، والغطاء الساخلي المتمدد من الغاز شمال النظام. أرادوا معرفة ما إذا كانت الإلكترونات في النفاثات هي التي تخلق تلك الجسيمات الضخمة بقدر 100 تيلا إلكترون فولت، أم أن هناك شيئاً آخر يحدث.
ما وجدوه كان قصة غموض كوني ذات تحول مفاجئ. فعندما نظروا إلى النفاثات، وجدوا أن الجسيمات تصبح "أبرد" وأقل طاقة كلما ابتعدت عن المركز، وهو بالضبط ما يتوقع المرء حدوثه إذا كانت تفقد طاقتها فقط أثناء طيرانها للخارج. ومع ذلك، بالقرب من قاعدة النفاثات، رصدوا مجموعة من الإلكترونات كانت طاقية للغاية—بدرجة كافية لإمكانية إنتاج جسيمات الـ 100 تيلا إلكترون فولت تلك إذا كانت المجالات المغناطيسية في النفاثات منتظمة تماماً، مثل نهر هادئ ومستقيم.
لكن الكون نادراً ما يفعل الأشياء بشكل "مثالي". أجرى الفريق عمليات محاكاة لمعرفة ما يحدث إذا تصرفت المجالات المغناطيسية بشكل أكثر واقعية، مثل نهر يتسع ويتباطأ أثناء تدفقه. في هذا السيناريو الأكثر واقعية، سيكون المجال المغناطيسي بالقرب من قاعدة النفاث أقوى بكثير. ومن المفارقات أن هذا المجال القوي يعمل كـ "مكبح"، مما يتسبب في فقدان الإلكترونات عالية الطاقة لطاقتها بسرعة كبيرة بحيث لا تستطيع إنتاج إشارات الـ 100 تيلا إلكترون فولت الهائلة التي نراها. الأمر يشبه محاولة دفع سيارة فوق تلة بإطار مثقوب؛ المحرك (الإلكترونات) موجود، لكن الظروف (المجال المغناطيسي) تمنعها من الوصول إلى القمة.
حاول الفريق أيضاً تفسير "العقد" الساطعة أو نقاط إعادة السطوع المشاهدة على طول النفاثات. واختبروا نظرية حيث يصبح المجال المغناطيسي أقوى فجأة عند هذه النقاط، آملين أن يفسر ذلك الضوء الإضافي. لكن الرياضيات أظهرت أنه بينما قد يجعل هذا البقعة أكثر سطوعاً للحظة، إلا أنه سيجعل بقية النفاث باهتاً جداً والجسيمات ضعيفة بما لا يتناسب مع ما نراه. هذا يشير إلى أن الإلكترونات لا تُطلق فقط من القاعدة وتُترك لتبرد، بل يجب أن تحصل على "نفس ثانٍ"، أو "إعادة تسريع"، في مكان ما في طريقها.
أخيراً، نظروا إلى الغلاف الغازي الشمالي، وهو مرشح محتمل لنوع آخر من مسرعات الجسيمات. تحققوا مما إذا كانت موجات الصدمة الناتجة عن هذا الغلاف يمكن أن تكون مصدر الجسيمات عالية الطاقة. ومع ذلك، أظهرت حساباتهم أن الإلكترونات في هذا الغلاف ببساطة لا تملك الوقت أو القوة للوصول إلى السرعات المطلوبة. وهذا يستبعد الغلاف كمسؤول رئيسي عن إشارات الـ 100 تيلا إلكترون فولت.
إذاً، ما هي النتيجة؟ تشير الورقة البحثية إلى أنه بينما تقوم نفاثات "SS 433" بشيء مذهل بالتأكيد، فإن الفكرة البسيطة القائلة بأنها المصدر الوحيد لجسيمات الـ 100 تيلا إلكترون فولت هي فكرة مهتزة. البيانات الحالية للأشعة السينية لا تثبت أن الإلكترونات في النفاثات يمكنها الوصول إلى الطاقات اللازمة، ومن المرجح أن المجالات المغناطيسية تقف في طريقها. خلص المؤلفون إلى أنه من المحتمل وجود مكون إضافي مخفي في الخليط—ربما مصدر ثانٍ للتسريع أو نوع مختلف من تفاعلات الجسيمات—لم نكتشفه بالكامل بعد. وحتى نحصل على عيون أكثر حدة تراقب السماء، سيظل "SS 433" لغزاً رائعاً وغير محلول في البحث عن أقوى مسرعات الكون.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.