النجوم النيوترونية والنوابض

ما النجم النيوتروني؟

حين ينفد وقود نجم تزيد كتلته على نحو ثمانية أضعاف كتلة الشمس، ينهار لبّه في مستعر أعظم. فإن كانت كتلة اللب المتبقي بين قرابة 1.4 ونحو 2 كتلة شمسية، يصبح نجمًا نيوترونيًا.

في أثناء الانهيار تسحق الجاذبية الإلكترونات داخل البروتونات، فتحولها إلى نيوترونات، وهي جسيمات بلا شحنة كهربائية. والنتيجة في جوهرها نواة ذرية عملاقة تمسكها الجاذبية بدلًا من القوى النووية.

وإن كان اللب أثقل من ذلك، فلا شيء يوقف الانهيار فيصبح ثقبًا أسود. والنجوم النيوترونية آخر محطة قبل تلك النقطة.

صغيرة وثقيلة ومتطرفة

لا يتجاوز عرض النجم النيوتروني النموذجي نحو 20 كم، أي قرابة حجم مدينة، ومع ذلك يحوي كتلة أكبر من الشمس كلها. ومكعب سكر من مادته يزن قرابة وزن البشر جميعًا على الأرض مجتمعين، وملعقة صغيرة ربما مليار طن.

الجاذبية عند السطح قوية جدًا حتى إن جسمًا يُسقط من ارتفاع نحو متر سيرتطم بالسطح بملايين الكيلومترات في الساعة. وقد يكون السطح أملس للغاية، «جباله» أقل من 2.5 سم ارتفاعًا.

ولأن اللب المنهار يحتفظ بدورانه وهو ينكمش، كمتزلج يضم ذراعيه، تدور النجوم النيوترونية الوليدة بسرعة كبيرة جدًا. وتنضغط مجالاتها المغناطيسية أيضًا إلى تريليونات أضعاف مجال الأرض.

النوابض: منارات كونية

في عام 1967 لاحظت جوسلين بيل بورنيل، وكانت حينها طالبة دراسات عليا في كامبريدج، «شائبة» غريبة منتظمة في بيانات مقرابها الراديوي: نبضات تصل كل 1.34 ثانية. وكانت الإشارة ثابتة جدًا حتى سمّاها الفريق مازحًا LGM-1، اختصارًا لعبارة «الرجال الخضر الصغار» بالإنجليزية.

وسرعان ما ظهرت مصادر أخرى، فأدرك الفلكيون أنها نجوم نيوترونية دوّارة. فحزم من الموجات الراديوية تنطلق قرب القطبين المغناطيسيين، وحين يميل القطبان عن محور الدوران، تكنس الحزم الفضاء. فإن عبرت إحداها الأرض، رأينا نبضة مع كل دورة.

بعض النوابض يدور بضع مرات في الثانية، أما «النوابض الميلي ثانية»، التي تسارعت بسرقة الغاز من رفيق، فتدور مئات المرات في الثانية. ودقاتها منتظمة جدًا حتى تضاهي الساعات الذرية، ويستعمل الفلكيون مجموعات منها للبحث عن تموجات بطيئة في الزمكان.

النجوم المغناطيسية

النجم المغناطيسي (الماغنتار) نجم نيوتروني مجاله المغناطيسي أقوى بنحو ألف مرة من مجال نجم نيوتروني عادي، وهو أقوى مجال معروف في أي مكان. ومجال كهذا قد يمحو بطاقة ائتمان من نحو منتصف المسافة إلى القمر ويشوّه الذرات قرب النجم.

قد ينكسر الإجهاد في القشرة فيطلق دفقات مفاجئة من الأشعة السينية وأشعة غاما. وفي ديسمبر 2004 كان توهج عملاق من نجم مغناطيسي يُسمى SGR 1806−20، على بعد نحو 50,000 سنة ضوئية، قويًا بما يكفي ليؤثر تأثيرًا قابلًا للقياس في الغلاف الجوي العلوي للأرض.

ترتبط النجوم المغناطيسية أيضًا ببعض الدفقات الراديوية السريعة، وهي ومضات راديوية قصيرة ساطعة جدًا. وفي عام 2020 تُتبعت إحداها إلى نجم مغناطيسي داخل مجرتنا.

GW170817: حين تصادم نجمان نيوترونيان

في 17 أغسطس 2017 سجّل كاشفا ليغو وفيرغو موجات جاذبية، وهي تموجات دقيقة في الفضاء نفسه، من نجمين نيوترونيين يلتفان معًا على بعد نحو 130 مليون سنة ضوئية. وبعد نحو 1.7 ثانية التقط قمر فيرمي التابع لناسا دفقة قصيرة من أشعة غاما من الرقعة نفسها في السماء.

وخلال ساعات عثرت التلسكوبات على نقطة ضوء جديدة في المجرة NGC 4993. كانت مستعرًا كيلويًا، توهجًا تغذيه مادة مشعة قُذفت في التصادم، ورُصد بأطوال موجية من أشعة غاما حتى الموجات الراديوية.

وأظهرت الأطياف أن اندماجات كهذه تصنع عناصر ثقيلة، يرجح أن منها الذهب والبلاتين. وكانت أول مرة يُدرس فيها حدث كوني واحد بموجات الجاذبية والضوء معًا، وهو مجال يُسمى اليوم علم الفلك متعدد الرسل.

هل أستطيع رؤية نجم نيوتروني؟

النجوم النيوترونية أصغر وأخفت بكثير من أن تُرى بعينيك أو بمقراب منزلي أجرامًا مفردة. لكن يمكنك النظر إلى مواطنها.

يضم سديم السرطان (M1) في الثور نابضًا يدور نحو 30 مرة في الثانية، وفي مقراب صغير ترى السحابة المتوهجة لا النابض. أما التلسكوبات الاحترافية الكبيرة فتستطيع تسجيل وميضه.

وتتيح نوادٍ كثيرة لعلم الفلك الراديوي وبرامج توعية جامعية للجمهور الاستماع إلى إشارات النوابض محوّلة إلى صوت، وهي طريقة لا تُنسى لسماع نجم ميت يدق.