لقد أتاح تصميم غريب في مرصد الأشعة السينية لعلماء الفلك استخدام ضوء غير مرغوب فيه سابقًا لدراسة المزيد من الأجسام الكونية أكثر من ذي قبل.
منذ ما يقرب من 10 سنوات ، كان المرصد الفضائي للأشعة السينية NuSTAR (مصفوفة التلسكوب النووي الطيفي) التابع لوكالة ناسا يدرس بعض الأجسام عالية الطاقة في الكون ، مثل اصطدام النجوم الميتة والثقوب السوداء الهائلة بالغاز الساخن . خلال ذلك الوقت ، كان على العلماء التعامل مع الضوء الشارد المتسرب عبر جوانب المرصد ، والذي يمكن أن يتداخل مع الملاحظات مثلما يمكن للضوضاء الخارجية أن تغرق مكالمة هاتفية.
لكن أعضاء الفريق اكتشفوا الآن كيفية استخدام ضوء الأشعة السينية الشارد للتعرف على الأشياء الموجودة في الرؤية المحيطية لنوستار أثناء إجراء ملاحظات مستهدفة طبيعية أيضًا. هذا التطور لديه القدرة على مضاعفة الأفكار التي توفرها NuSTAR. تصف ورقة علمية جديدة نُشرت في مجلة الفيزياء الفلكية ( Astrophysical Journal ) الاستخدام الأول لأرصاد الضوء الشارد لنوستار للتعرف على جسم كوني – في هذه الحالة ، نجم نيوتروني .
شذرات من المواد المتبقية بعد انهيار نجم ، النجوم النيوترونية هي من أكثر الأجسام كثافة في الكون ، وتأتي في المرتبة الثانية بعد الثقوب السوداء. مجالاتها المغناطيسية القوية تحبس جزيئات الغاز وتوجهها نحو سطح النجم النيوتروني. عندما يتم تسريع الجسيمات وتنشيطها ، فإنها تطلق أشعة سينية عالية الطاقة يمكن لـ NuSTAR اكتشافها.
تصف الدراسة الجديدة نظامًا يسمى SMC X-1 ، والذي يتكون من نجم نيوتروني يدور حول نجم حي في واحدة من مجرتين صغيرتين تدوران حول درب التبانة (مجرة الأرض الرئيسية). يبدو أن سطوع خرج الأشعة السينية الخاص بـ SMC X-1 يختلف اختلافًا كبيرًا عند مشاهدته بواسطة التلسكوبات ، لكن عقودًا من الملاحظات المباشرة بواسطة NuSTAR والتلسكوبات الأخرى كشفت عن نمط للتقلبات. حدد العلماء عدة أسباب لتغير SMC X-1 في السطوع عند دراستها بواسطة تلسكوبات الأشعة السينية. على سبيل المثال ، يخفت سطوع الأشعة السينية حيث ينخفض النجم النيوتروني خلف النجم الحي مع كل مدار. وفقًا للصحيفة ، كانت بيانات الضوء الشارد حساسة بدرجة كافية لالتقاط بعض تلك التغييرات الموثقة جيدًا.
قال ماكينلي برومباك ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا: “أعتقد أن هذه الورقة تُظهر أن نهج الضوء الشارد هذا موثوق ، لأننا لاحظنا تقلبات السطوع في النجم النيوتروني في SMC X-1 التي أكدناها بالفعل من خلال الملاحظات المباشرة”. ، والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة. “من الآن فصاعدًا ، سيكون أمرًا رائعًا إذا تمكنا من استخدام بيانات الضوء الشارد للنظر إلى الأشياء عندما لا نعرف بالفعل ما إذا كانت تتغير بانتظام في السطوع ومن المحتمل أن نستخدم هذا الأسلوب لاكتشاف التغييرات.”
الشكل والوظيفة
النهج الجديد ممكن بسبب شكل نوستار ، الذي يشبه الدمبل أو عظم الكلب: يحتوي على مكونين ضخمين في طرفي هيكل ضيق بطول 33 قدمًا (طوله 10 أمتار) يسمى الصاري القابل للنشر ، أو فقاعة. عادة ، يشير الباحثون إلى أحد الأطراف الضخمة – التي تحتوي على البصريات ، أو الأجهزة التي تجمع الأشعة السينية – في الكائن الذي يريدون دراسته. ينتقل الضوء على طول ذراع الرافعة إلى أجهزة الكشف الموجودة في الطرف الآخر من المركبة الفضائية. المسافة بين الاثنين ضرورية لتركيز الضوء.
لكن الضوء الشارد يصل أيضًا إلى أجهزة الكشف عن طريق الدخول عبر جوانب ذراع التطويل ، متجاوزًا البصريات. يظهر في مجال رؤية NuSTAR جنبًا إلى جنب مع الضوء من أي كائن يرصده التلسكوب مباشرة ، وغالبًا ما يكون من السهل التعرف عليه بالعين: إنه يشكل دائرة من الضوء الخافت المنبثق من جوانب الصورة. (ليس من المستغرب أن الضوء الشارد يمثل مشكلة للعديد من التلسكوبات الفضائية والأرضية الأخرى.)
قضت مجموعة من أعضاء فريق NuSTAR السنوات القليلة الماضية في فصل الضوء الشارد عن ملاحظات NuSTAR المختلفة. بعد تحديد مصادر الأشعة السينية الساطعة والمعروفة في محيط كل ملاحظة ، استخدموا نماذج الكمبيوتر للتنبؤ بكمية الضوء الشارد الذي يجب أن يظهر بناءً على أي جسم ساطع كان في مكان قريب. لقد نظروا أيضًا في كل ملاحظة من نوستار تقريبًا لتأكيد العلامة الواضحة للضوء الشارد. أنشأ الفريق فهرسًا لحوالي 80 كائنًا جمعت نوستار من أجلها ملاحظات ضوئية شاردة ، وسمت المجموعة “StrayCats”.
قال براين جريفينستيت ، كبير الباحثين في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعضو فريق نوستار الذي يقود عمل StrayCats: “تخيل أنك تجلس في دار سينما هادئة ، وتشاهد الدراما ، وتسمع الانفجارات في فيلم الحركة الذي يتم عرضه في الجوار”. “في الماضي ، كان هذا ما كان عليه الضوء الشارد – إلهاء عما كنا نحاول التركيز عليه. الآن لدينا الأدوات اللازمة لتحويل هذا التشويش الإضافي إلى بيانات مفيدة ، وفتح طريقة جديدة تمامًا لاستخدام NuSTAR لدراسة الكون “.
بالطبع ، لا يمكن لبيانات الضوء الشارد أن تحل محل الملاحظات المباشرة بواسطة NuSTAR. بصرف النظر عن عدم تركيز الضوء الشارد ، فإن العديد من الأشياء التي يمكن لنوستار رؤيتها مباشرة باهتة جدًا بحيث لا تظهر في كتالوج الضوء الشارد. لكن Grefenstette قال إن العديد من طلاب معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا قاموا بتمشيط البيانات ووجدوا حالات من السطوع السريع من الأجسام المحيطية ، والتي قد تكون أي عدد من الأحداث الدرامية ، مثل الانفجارات النووية الحرارية على أسطح النجوم النيوترونية. يمكن أن تساعد مراقبة تواتر وشدة تغيرات سطوع النجم النيوتروني العلماء في فك شفرة ما يحدث لتلك الأجسام
