لقد نظر العلماء إلى قلب نظام القزم الأبيض لأول مرة

زوجان نجميان فضوليان يدوران في رقصة مميتة على بعد حوالي 200 سنة ضوئية من الأرض. يدور القزم الأحمر حول قزم أبيض، ويمتص المادة من جاره. نظام اكس هيدرا، والتي تصنف على أنها القطبية المتوسطة – نوع من المتغيرات الكارثية، يصدر أشعة سينية قوية.

كما ساعدوا علماء الفلك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ينظر إلى قلب هذا النظام. نُشر تحليل لملاحظاته باستخدام المرصد الفضائي Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) في مجلة الفيزياء الفلكية.

اكتشف الباحثون درجة عالية بشكل غير متوقع من استقطاب الأشعة السينية في انبعاث EX Hydra، بالإضافة إلى اتجاهها غير المتوقع. وبناءً على هذه القياسات، تتبع العلماء أصل الأشعة السينية حتى مصدرها في الجزء الأعمق من النظام، بالقرب من سطح القزم الأبيض.

علاوة على ذلك، وجدوا أن الأشعة السينية تنبعث من عمود من المادة الساخنة، التي يسحبها القزم الأبيض من النجم المرافق له. ويقدّرون ارتفاع هذا العمود بحوالي 3200 كيلومتر، أي حوالي نصف نصف قطر القزم الأبيض نفسه، وهو أكبر بكثير مما توقعته النظرية. وتبين أيضًا أن الأشعة السينية تنعكس من سطح القزم الأبيض قبل أن تهرب إلى الفضاء الخارجي، وهو التأثير الذي تم وضعه نظريًا ولكن لم يتم تأكيده بعد من خلال الملاحظات.

وقال شون جوندرسون من معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، المؤلف الرئيسي للدراسة: “لقد أظهرنا أن قياس استقطاب الأشعة السينية يمكن أن يقيس بالتفصيل هندسة التراكم على قزم أبيض”. “هذا يفتح إمكانية إجراء قياسات مماثلة لأنواع أخرى من الأقزام البيضاء المتراكمة، والتي لم يتم التنبؤ بإشارة الاستقطاب لها سابقًا.”

نافورة الطاقة العالية

تتأثر جميع الإشعاعات، بما في ذلك الأشعة السينية، بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية. ينتقل الضوء على شكل موجات تهتز في اتجاهات متعامدة مع اتجاه حركته. يمكن للحقول الخارجية تغيير اتجاه هذه التذبذبات بشكل عشوائي. ومع ذلك، عندما يضرب الضوء سطحًا وينعكس، فإنه يمكن أن يصبح مستقطبًا، أي أنه يهتز في الغالب في اتجاه واحد. وبهذه الطريقة، يسمح الضوء المستقطب للعلماء بتتبع مساره إلى مصدره وفهم تفاصيل هندسته.

كان المرصد الفضائي IXPE أول مهمة لوكالة ناسا تم إطلاقها خصيصًا لقياس استقطاب الأشعة السينية من الأجسام الفيزيائية الفلكية المتطرفة. حتى الآن، كانت أهدافه الرئيسية هي المستعرات الأعظم والثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. تعد دراسة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الجديدة هي الأولى التي تستخدم IXPE لقياس انبعاث الأشعة السينية المستقطبة من القطب المتوسط.

يقول عالم الفيزياء الفلكية هيرمان مارشال، المؤلف المشارك للدراسة: “لقد بدأنا مناقشة درجة الاستقطاب التي ستسمح لنا بفهم ما كان يحدث في هذه الأنظمة، والتي تراها معظم التلسكوبات على أنها مجرد نقطة في مجال الرؤية”.

إذا كان للقزم الأبيض مجال مغناطيسي قوي في المتغير الكارثي، فإن مادة النجم المرافق تسقط مباشرة نحو القطبين؛ وإذا كان ضعيفًا، فإنه يتحول إلى قرص تراكمي. وفي القطبين المتوسطين، تكون الصورة، كما تنبأ بها الفيزيائيون، أكثر تعقيدًا: يتشكل قرص تراكم، لكن المادة منه يتم توجيهها أيضًا إلى قطبي القزم. ويجب أن يرفع المجال المغناطيسي المادة المتساقطة عاليا في الهواء، مثل نافورة عالية الطاقة، قبل أن تصطدم المادة النجمية بالأقطاب المغناطيسية بسرعة ملايين الكيلومترات في الساعة، لتشكل ما يسمى بعمود التراكم.

ومن المفترض أن تصطدم هذه المادة المتساقطة بمادة مرتفعة سابقا، والتي لا تزال مستمرة في التحرك نحو القطبين، مكونة ما يشبه “السدادة” من الغاز. تشكل هذه الكومة عمودًا من الغاز المتصادم بدرجة حرارة عشرات الملايين من الدرجات، والذي ينبغي أن ينبعث منه أشعة سينية عالية الطاقة.

لقطة للمناطق الداخلية

ولاختبار هذه النظرية المعقدة ولكن المتماسكة، رصدت IXPE EX Hydra لمدة إجمالية تبلغ حوالي 600000 ثانية (حوالي سبعة أيام) في يناير 2025.

يشرح مارشال قائلاً: “لكل فوتون من الأشعة السينية يأتي من مصدر ما، يمكن قياس اتجاه الاستقطاب”. “نحن نجمع العديد من هذه القياسات في زوايا واتجاهات مختلفة، ونحسب متوسطها ونحصل على الدرجة السائدة واتجاه الاستقطاب.”

وأظهرت القياسات درجة استقطاب قدرها 8%، وهي أعلى بكثير مما تنبأت به بعض النماذج النظرية. وهذا يؤكد أن الأشعة السينية كانت قادمة بالفعل من عمود النظام، وأن ارتفاع هذا العمود يبلغ حوالي 3200 كيلومتر.

يقول جوندرسون: “إذا تمكنا من الوقوف في مكان ما بالقرب من قطب القزم الأبيض، فسنرى عمودًا من الغاز يبلغ ارتفاعه 2000 ميل يمتد إلى السماء، وينتشر”.

كما قام العلماء بقياس اتجاه استقطاب الأشعة السينية ووجدوا أنها متعامدة مع عمود الغاز المتساقط. ومن هذا استنتجوا أن الأشعة المنبعثة من العمود تنعكس من سطح القزم الأبيض قبل أن تهرب إلى الفضاء وتدخل في النهاية مجال رؤية IXPE.

يقول عالم الفيزياء الفلكية سواتي راففي، المؤلف المشارك في الورقة البحثية: “إن قيمة استقطاب الأشعة السينية هي أنها تعطينا صورة للجزء الأعمق والأكثر نشاطًا في هذا النظام بأكمله. عندما ننظر من خلال التلسكوبات الأخرى، تظل كل هذه التفاصيل غير مرئية”.

من المخطط استخدام طريقة قياس استقطاب الأشعة السينية لدراسة الأنظمة الأخرى التي تحتوي على أقزام بيضاء متراكمة من أجل التنبؤ بظواهر كونية واسعة النطاق.

يوضح مارشال: “تأتي لحظة عندما يستحوذ القزم الأبيض على الكثير من المواد المجاورة له بحيث لا يستطيع الاحتفاظ بها، وينهار النظام بأكمله وينفجر، مشكلاً نوع المستعر الأعظم الذي نستخدمه لقياس المسافات”.

وبالتالي، فإن دراسة هذه الأنظمة مفيدة ليس فقط لفهم بنيتها، ولكنها أيضًا مثيرة للاهتمام بشكل عام من وجهة نظر بيئة الكون.