تويت
اكتشاف طريقة لمحاكاة بدايات الانفجارات الراديوية السريعة
المحاكاة المختبرية نظير صغير الحجم للبيئة المغناطيسية.
بعض التدفقات الراديوية السريعة تنتج عن النجوم الميتة
دفعت حيرة العلماء حول أسباب الانفجارات الراديوية السريعة التي تم اكتشافها في المجرات إلى تطوير طريقة لمحاكاتها في المختبرات وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية، وهذه المختبرات هي نظير صغير الحجم للبيئة المغناطيسية التي تحدث فيها الاندفاعات الراديوية والتي تسمح بتحليل البلازما المتكونة من أزواج من المادة والمادة المضادة.
واشنطن - ابتكر العلماء طريقة لتكرار الانفجارات الراديوية السريعة في المختبرات وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية. وتعد الاندفاعات الراديوية السريعة انفجارات قوية ولكنها قصيرة من حيث الإشعاع الكهرومغناطيسي في أطوال موجات الراديو مع تفريغها في أجزاء من الثانية بقدر طاقة هائلة.
ولسنوات كان العلماء في حيرة بشأن ما يمكن أن يسبب هذه الانفجارات القصيرة التي تم اكتشافها في المجرات التي تبعد ملايين إلى مليارات من السنين الضوئية. وبعد ذلك في أبريل 2020، وقع وميض قصير وقوي من موجات الراديو من شيء داخل مجرة درب التبانة (نجم مغناطيسي).
ويشير هذا إلى أن بعض التدفقات الراديوية السريعة على الأقل تنتج عن هذه النجوم الميتة الممغنطة للغاية. والآن ابتكر الفيزيائيون طريقة لتكرار ما نعتقد أنه يحدث في المختبر في المراحل الأولى من هذه الانفجارات المجنونة، وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية. وقال الفيزيائي كينان كو من جامعة برينستون “إن محاكاتنا المختبرية هي نظير صغير الحجم لبيئة مغناطيسية. وهذا يسمح لنا بتحليل البلازما الزوجية".
ويعد النجم المغناطيسي نوعا من النجوم الميتة ويسمى النجم النيوتروني. وعندما يصل نجم ضخم إلى نهاية عمره، فإنه ينفجر من مادته الخارجية، وينهار قلبه الذي لم يعد مدعوما بالضغط الخارجي للاندماج النووي تحت جاذبيته ليشكل جسما شديد الكثافة مع مجال مغناطيسي قوي.
الفيزيائيون ابتكروا طريقة لتكرار ما نعتقد أنه يحدث في المختبر في المراحل الأولى من هذه الانفجارات المجنونة وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية
وتمتلك بعض النجوم النيوترونية مجالا مغناطيسيا أكثر قوة. ولا نعرف كيف تحصل على هذا النحو، لكن مجالاتها المغناطيسية أقوى بنحو 1000 مرة من تلك الموجودة في النجوم النيوترونية العادية، وأقوى بما يقرب من كوادريليون مرة من مجالات الأرض.
ويعتقد العلماء أن الانفجارات الراديوية السريعة هي نتيجة للتوتر بين المجال المغناطيسي، وهي قوية جدا إلى درجة أنها تشوه شكل النجم المغناطيسي والضغط الداخلي للجاذبية.
ويُعتقد أيضا أن المجال المغناطيسي مسؤول عن تحويل المادة الموجودة في الفضاء حول المغناطيس إلى بلازما تتكون من أزواج من المادة والمادة المضادة. وتتكون هذه الأزواج من إلكترون سالب الشحنة وبوزيترون موجب الشحنة، ويُعتقد أنها تلعب دورا في انبعاث الاندفاعات الراديوية السريعة النادرة التي تتكرر.
وتسمى بالبلازما الزوجية، وهي مختلفة تماما عن معظم البلازما الموجودة في الكون. وتتكون البلازما الطبيعية من إلكترونات وأيونات أثقل. ويوجد لأزواج المادة والمادة المضادة في البلازما كتل متساوية وتتشكل تلقائيا ويفني بعضها البعض. ويختلف السلوك الجماعي للبلازما بشكل كبير عن سلوك البلازما العادي.
ونظرا إلى أن قوة المجالات المغناطيسية المعنية شديدة جدا، فقد ابتكر كو وزملاؤه طريقة لإنشاء زوج من البلازما في المختبر بوسائل أخرى.
ويوضح كو "بدلا من محاكاة مجال مغناطيسي قوي، نستخدم ليزرا قويا. إنه يحول الطاقة إلى بلازما زوجية من خلال ما يسمى شلالات. وتقوم البلازما الزوجية بعد ذلك بتحويل نبضة الليزر إلى تردد أعلى. وتوضح النتيجة المثيرة احتمالات إنشاء ومراقبة البلازما الزوجية في المختبرات وتمكين التجارب من التحقق من النظريات حول سرعة انفجارات الراديو".
وتتضمن هذه التقنية توليد شعاع إلكتروني عالي السرعة، ينتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء. ويتم إطلاق ليزر قوي بشكل معتدل على هذا الشعاع، ويؤدي الاصطدام الناتج إلى تكوين بلازما زوجية. وعلاوة على ذلك، فإنه يبطئ البلازما الناتجة. ويمكن أن يحل هذا إحدى المشكلات التي عثر عليها في التجارب السابقة لإنشاء بلازما زوجية.
النجم المغناطيسي يعتبر نوعا من النجوم الميتة ويسمى النجم النيوتروني وعندما يصل نجم ضخم إلى نهاية عمره فإنه ينفجر من مادته الخارجية
وقال الفيزيائي نات فيش من جامعة برينستون "نعتقد أننا نعرف القوانين التي تحكم سلوكها الجماعي. ولكن إلى أن ننتج بالفعل زوجا من البلازما في المختبر يعرض ظواهر جماعية يمكننا استكشافها، لا يمكننا التأكد تماما من ذلك. والمشكلة هي أن السلوك الجماعي في البلازما الزوجية صعب ملاحظته. وبالتالي، كانت الخطوة الرئيسية بالنسبة إلينا هي التفكير في هذا على أنه مشكلة مشتركة للإنتاج والمراقبة".
ويستعد الفريق حاليا لاختبار أفكارهم من خلال سلسلة من التجارب في مختبر المسرع الوطني “سلاك”. ويأملون أن يساعدهم هذا في تعلم كيفية توليد النجوم المغناطيسية للبلازما الزوجية، وكيف يمكن أن تنتج عن هذين الزوجين من البلازما انفجارات راديوية سريعة، وتحديد أي فيزياء غير معروفة سابقا قد تكون متورطة.
والتدفق الراديوي السريع هو ظاهرة فلكية عالية الطاقة ذات أصل غير معروف وتتجلى كنبضة راديوية عابرة تستمر لأقل من الثانية. وعلى الرغم من أنها تدوم لميلي ثانية فقط، إلا أنها تولد طاقة هائلة، ويتوقع الباحثون أن حوالي 2000 من هذه الأجرام تضيء الكون كل يوم، إلا أن رصد مثل هذه التدفقات عمليًا هو أمر في غاية الصعوبة.
وفي عام 2016 رصد الباحثون 16 نبضة رايديوية سريعة وجميعها قادمة من نفس المصدر خارج مجرة درب التبانة. وفي أوائل عام 2017، تم رصد 6 نبضات إضافية من نفس المصدر، وتبين أنها قادمة من مجرة قزمة خافتة تقع على مسافة 3 مليارات سنة ضوئية.
وكشفت التدفقات الراديوية السريعة لأول من قبل “لوريمر” وآخرين في عام 2007، على الرغم من أنها لوحظت بالفعل قبل ست سنوات في الرابع والعشرين يوليو 2001 وكان يطلق عليها اسم “انفجار لوريمر”، ومنذ ذلك الحين تم العثور على معظم التدفقات الراديوية السريعة المعروفة في البيانات المسجلة سابقا.
العلماء يعتقدون أن الانفجارات الراديوية نتيجة للتوتر بين المجال المغناطيسي والضغط الداخلي للجاذبية
وفي التاسع عشر يناير 2015 أفاد علماء الفلك في وكالة العلوم الوطنية الأسترالية (كسيرو) أنه قد تم رصد انفجار راديوي سريع مباشرة لأول مرة بواسطة مرصد باركيز.
ومنذ أن تم اكتشاف الاندفاعات الراديوية لأول مرة منذ أكثر من عقد من الزمان، بقي العلماء في حيرة حول ما إذا يمكن أن تولد هذه الومضات المكثفة من موجات الراديو من خارج المجرة. وفي عملية الإزالة التدريجية، يضيق مجال التفسيرات المحتملة مع جمع أجزاء جديدة من المعلومات حول إلى متى تستمر ترددات موجات الراديو المكتشفة، وما إلى ذلك.
وتوصل فريق بقيادة باحثي جامعة ماكجيل وأعضاء من تعاون "شيم فاست راديو برست" الكندي إلى أن الاندفاعات الراديوية تتضمن موجات راديو بترددات أقل من أي وقت مضى، وهو اكتشاف يعيد رسم الحدود لعلماء الفيزياء الفلكية النظرية.
وقال زيجي بلينيس باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء في"إم.سي جيل" والمؤلف الرئيسي للبحث الذي نُشر مؤخرًا في مجلة "أستروفيزيكل جورنال لاترز" إنهم "اكتشفوا انفجارات راديو سريعة تصل إلى 110 ميغاهرتز حيث كان من المعروف قبل هذه الانفجارات أنها موجودة فقط حتى 300 ميغاهرتز".
وأضاف أن ذلك "يخبرنا أن المنطقة المحيطة بمصدر التدفقات يجب أن تكون شفافة بالنسبة إلى الانبعاثات منخفضة التردد، بينما اقترحت بعض النظريات أن جميع الانبعاث منخفضة التردد سيتم امتصاصها على الفور ولا يمكن اكتشافها أبدا".
المحاكاة المختبرية نظير صغير الحجم للبيئة المغناطيسية.
بعض التدفقات الراديوية السريعة تنتج عن النجوم الميتة
دفعت حيرة العلماء حول أسباب الانفجارات الراديوية السريعة التي تم اكتشافها في المجرات إلى تطوير طريقة لمحاكاتها في المختبرات وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية، وهذه المختبرات هي نظير صغير الحجم للبيئة المغناطيسية التي تحدث فيها الاندفاعات الراديوية والتي تسمح بتحليل البلازما المتكونة من أزواج من المادة والمادة المضادة.
واشنطن - ابتكر العلماء طريقة لتكرار الانفجارات الراديوية السريعة في المختبرات وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية. وتعد الاندفاعات الراديوية السريعة انفجارات قوية ولكنها قصيرة من حيث الإشعاع الكهرومغناطيسي في أطوال موجات الراديو مع تفريغها في أجزاء من الثانية بقدر طاقة هائلة.
ولسنوات كان العلماء في حيرة بشأن ما يمكن أن يسبب هذه الانفجارات القصيرة التي تم اكتشافها في المجرات التي تبعد ملايين إلى مليارات من السنين الضوئية. وبعد ذلك في أبريل 2020، وقع وميض قصير وقوي من موجات الراديو من شيء داخل مجرة درب التبانة (نجم مغناطيسي).
ويشير هذا إلى أن بعض التدفقات الراديوية السريعة على الأقل تنتج عن هذه النجوم الميتة الممغنطة للغاية. والآن ابتكر الفيزيائيون طريقة لتكرار ما نعتقد أنه يحدث في المختبر في المراحل الأولى من هذه الانفجارات المجنونة، وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية. وقال الفيزيائي كينان كو من جامعة برينستون “إن محاكاتنا المختبرية هي نظير صغير الحجم لبيئة مغناطيسية. وهذا يسمح لنا بتحليل البلازما الزوجية".
ويعد النجم المغناطيسي نوعا من النجوم الميتة ويسمى النجم النيوتروني. وعندما يصل نجم ضخم إلى نهاية عمره، فإنه ينفجر من مادته الخارجية، وينهار قلبه الذي لم يعد مدعوما بالضغط الخارجي للاندماج النووي تحت جاذبيته ليشكل جسما شديد الكثافة مع مجال مغناطيسي قوي.
الفيزيائيون ابتكروا طريقة لتكرار ما نعتقد أنه يحدث في المختبر في المراحل الأولى من هذه الانفجارات المجنونة وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية
وتمتلك بعض النجوم النيوترونية مجالا مغناطيسيا أكثر قوة. ولا نعرف كيف تحصل على هذا النحو، لكن مجالاتها المغناطيسية أقوى بنحو 1000 مرة من تلك الموجودة في النجوم النيوترونية العادية، وأقوى بما يقرب من كوادريليون مرة من مجالات الأرض.
ويعتقد العلماء أن الانفجارات الراديوية السريعة هي نتيجة للتوتر بين المجال المغناطيسي، وهي قوية جدا إلى درجة أنها تشوه شكل النجم المغناطيسي والضغط الداخلي للجاذبية.
ويُعتقد أيضا أن المجال المغناطيسي مسؤول عن تحويل المادة الموجودة في الفضاء حول المغناطيس إلى بلازما تتكون من أزواج من المادة والمادة المضادة. وتتكون هذه الأزواج من إلكترون سالب الشحنة وبوزيترون موجب الشحنة، ويُعتقد أنها تلعب دورا في انبعاث الاندفاعات الراديوية السريعة النادرة التي تتكرر.
وتسمى بالبلازما الزوجية، وهي مختلفة تماما عن معظم البلازما الموجودة في الكون. وتتكون البلازما الطبيعية من إلكترونات وأيونات أثقل. ويوجد لأزواج المادة والمادة المضادة في البلازما كتل متساوية وتتشكل تلقائيا ويفني بعضها البعض. ويختلف السلوك الجماعي للبلازما بشكل كبير عن سلوك البلازما العادي.
ونظرا إلى أن قوة المجالات المغناطيسية المعنية شديدة جدا، فقد ابتكر كو وزملاؤه طريقة لإنشاء زوج من البلازما في المختبر بوسائل أخرى.
ويوضح كو "بدلا من محاكاة مجال مغناطيسي قوي، نستخدم ليزرا قويا. إنه يحول الطاقة إلى بلازما زوجية من خلال ما يسمى شلالات. وتقوم البلازما الزوجية بعد ذلك بتحويل نبضة الليزر إلى تردد أعلى. وتوضح النتيجة المثيرة احتمالات إنشاء ومراقبة البلازما الزوجية في المختبرات وتمكين التجارب من التحقق من النظريات حول سرعة انفجارات الراديو".
وتتضمن هذه التقنية توليد شعاع إلكتروني عالي السرعة، ينتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء. ويتم إطلاق ليزر قوي بشكل معتدل على هذا الشعاع، ويؤدي الاصطدام الناتج إلى تكوين بلازما زوجية. وعلاوة على ذلك، فإنه يبطئ البلازما الناتجة. ويمكن أن يحل هذا إحدى المشكلات التي عثر عليها في التجارب السابقة لإنشاء بلازما زوجية.
النجم المغناطيسي يعتبر نوعا من النجوم الميتة ويسمى النجم النيوتروني وعندما يصل نجم ضخم إلى نهاية عمره فإنه ينفجر من مادته الخارجيةوقال الفيزيائي نات فيش من جامعة برينستون "نعتقد أننا نعرف القوانين التي تحكم سلوكها الجماعي. ولكن إلى أن ننتج بالفعل زوجا من البلازما في المختبر يعرض ظواهر جماعية يمكننا استكشافها، لا يمكننا التأكد تماما من ذلك. والمشكلة هي أن السلوك الجماعي في البلازما الزوجية صعب ملاحظته. وبالتالي، كانت الخطوة الرئيسية بالنسبة إلينا هي التفكير في هذا على أنه مشكلة مشتركة للإنتاج والمراقبة".
ويستعد الفريق حاليا لاختبار أفكارهم من خلال سلسلة من التجارب في مختبر المسرع الوطني “سلاك”. ويأملون أن يساعدهم هذا في تعلم كيفية توليد النجوم المغناطيسية للبلازما الزوجية، وكيف يمكن أن تنتج عن هذين الزوجين من البلازما انفجارات راديوية سريعة، وتحديد أي فيزياء غير معروفة سابقا قد تكون متورطة.
والتدفق الراديوي السريع هو ظاهرة فلكية عالية الطاقة ذات أصل غير معروف وتتجلى كنبضة راديوية عابرة تستمر لأقل من الثانية. وعلى الرغم من أنها تدوم لميلي ثانية فقط، إلا أنها تولد طاقة هائلة، ويتوقع الباحثون أن حوالي 2000 من هذه الأجرام تضيء الكون كل يوم، إلا أن رصد مثل هذه التدفقات عمليًا هو أمر في غاية الصعوبة.
وفي عام 2016 رصد الباحثون 16 نبضة رايديوية سريعة وجميعها قادمة من نفس المصدر خارج مجرة درب التبانة. وفي أوائل عام 2017، تم رصد 6 نبضات إضافية من نفس المصدر، وتبين أنها قادمة من مجرة قزمة خافتة تقع على مسافة 3 مليارات سنة ضوئية.
وكشفت التدفقات الراديوية السريعة لأول من قبل “لوريمر” وآخرين في عام 2007، على الرغم من أنها لوحظت بالفعل قبل ست سنوات في الرابع والعشرين يوليو 2001 وكان يطلق عليها اسم “انفجار لوريمر”، ومنذ ذلك الحين تم العثور على معظم التدفقات الراديوية السريعة المعروفة في البيانات المسجلة سابقا.
العلماء يعتقدون أن الانفجارات الراديوية نتيجة للتوتر بين المجال المغناطيسي والضغط الداخلي للجاذبيةوفي التاسع عشر يناير 2015 أفاد علماء الفلك في وكالة العلوم الوطنية الأسترالية (كسيرو) أنه قد تم رصد انفجار راديوي سريع مباشرة لأول مرة بواسطة مرصد باركيز.
ومنذ أن تم اكتشاف الاندفاعات الراديوية لأول مرة منذ أكثر من عقد من الزمان، بقي العلماء في حيرة حول ما إذا يمكن أن تولد هذه الومضات المكثفة من موجات الراديو من خارج المجرة. وفي عملية الإزالة التدريجية، يضيق مجال التفسيرات المحتملة مع جمع أجزاء جديدة من المعلومات حول إلى متى تستمر ترددات موجات الراديو المكتشفة، وما إلى ذلك.
وتوصل فريق بقيادة باحثي جامعة ماكجيل وأعضاء من تعاون "شيم فاست راديو برست" الكندي إلى أن الاندفاعات الراديوية تتضمن موجات راديو بترددات أقل من أي وقت مضى، وهو اكتشاف يعيد رسم الحدود لعلماء الفيزياء الفلكية النظرية.
وقال زيجي بلينيس باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء في"إم.سي جيل" والمؤلف الرئيسي للبحث الذي نُشر مؤخرًا في مجلة "أستروفيزيكل جورنال لاترز" إنهم "اكتشفوا انفجارات راديو سريعة تصل إلى 110 ميغاهرتز حيث كان من المعروف قبل هذه الانفجارات أنها موجودة فقط حتى 300 ميغاهرتز".
وأضاف أن ذلك "يخبرنا أن المنطقة المحيطة بمصدر التدفقات يجب أن تكون شفافة بالنسبة إلى الانبعاثات منخفضة التردد، بينما اقترحت بعض النظريات أن جميع الانبعاث منخفضة التردد سيتم امتصاصها على الفور ولا يمكن اكتشافها أبدا".