مغنطار

أقوى المغانط المعروفة، واليوم الذي أومض فيه أحدها عبر المجرة

خطوة بخطوة

مغناطيس بحجم مدينة

المغنطار نجم نيوتروني له أقوى مجال مغناطيسي معروف. مجال SGR 1806-20 نحو 2×10¹⁵ غاوس: أقوى من مجال الأرض بأربعة ملايين مليار مرة.

النجم النيوتروني هو ما يبقى حين ينهار لبّ نجم ضخم: نحو 1.4 مرة من كتلة الشمس في كرة عرضها نحو 24 كم. لمعظمها مجالات مغناطيسية أقوى من مجال الأرض بنحو تريليون مرة. ونحو 30 من قرابة 3000 نجم نيوتروني معروف لها مجالات أقوى من ذلك بمئة إلى ألف مرة. تسمى المغنطارات.

يُعد SGR 1806-20، على بعد نحو 28,000 سنة ضوئية في كوكبة القوس، من أقواها. مجاله نحو 2×10¹⁵ غاوس. مجال الأرض نصف غاوس، ومغناطيس الثلاجة نحو مئة، وأقوى مغناطيس ثابت بُني على الإطلاق، في المختبر الوطني الأمريكي للمجالات المغناطيسية العالية، 455,000.

على هذا القرب من المغنطار، تُضغط الذرات نفسها إلى إبر رفيعة على امتداد المجال. وحتى على بعد 1000 كم يبقى المجال بضعة مليارات غاوس، وهو ما يكفي لتشويه ذرات أي كائن حي.

دوران بطيء يتباطأ

تدور معظم النجوم النيوترونية الفتية مرات كثيرة في الثانية. أما المغنطارات فتدور ببطء، مرة كل 2 إلى 12 ثانية، لأن مجالاتها الهائلة تعمل كمكابح: وبينما يدور النجم، يقذف مجاله جسيمات مشحونة إلى الفضاء، فتحمل دورانه بعيدًا.

مجال ملتوٍ

يُعتقد أن المجال في الداخل أقوى وأكثر تشابكًا. وبينما يشق طريقه إلى الخارج، يلوي خطوط المجال فوق النجم ويجهد القشرة الصلبة المثبتة فيها.

قشرة النجم النيوتروني غلاف صلب سمكه نحو كيلومتر، شبكة من نوى غنية بالحديد أمتن من الفولاذ بكثير. يخترقها المجال المغناطيسي وهو مثبّت فيها.

يُعتقد أن المجال في المغنطارات أقوى داخل النجم ومتشابك. وعلى مدى سنوات يشق طريقه ببطء إلى الخارج، ساحبًا القشرة ولاويًا خطوط المجال التي تلتف فوق السطح. تحمل الخطوط الملتوية تيارات كهربائية، والتيارات تسخّن القشرة: فتتوهج المغنطارات بالأشعة السينية أكثر مما يستطيع تباطؤ دورانها أن يموّله. مغناطيسيتها، لا دورانها، هي ما يمدّها بالطاقة.

الالتواء المعروض هنا مرسوم لتوضيح الفكرة، كما يقدّمها التفسير الأوسع قبولًا (طومسون وليوتيكوف وكولكارني 2002). لا أحد يستطيع رؤية المجال نفسه.

زلازل نجمية

حين يشتد الإجهاد تتشقق القشرة. كل زلزال نجمي يهز المجال ويطلق انفجارًا من الأشعة السينية وأشعة غاما يدوم نحو عُشر ثانية.

لوحظت المغنطارات أول مرة بسبب هذه الانفجارات. ففي 1979 التقطت الأقمار الصناعية انفجارات قصيرة متكررة من أشعة غاما من البقاع نفسها في السماء، فسُمّيت مصادرها «مكررات غاما اللينة»: وهذا هو SGR في SGR 1806-20.

يدوم الانفجار النموذجي نحو عُشر ثانية ويطلق من الطاقة ما تطلقه الشمس في أيام إلى أشهر، معظمها أشعة سينية. وحين يستيقظ المغنطار قد يطلق المئات منها على مدى أسابيع، ثم يسكن سنوات. والتفسير المرجّح أن القشرة تنكسر تحت إجهاد المجال، كالأرض في زلزال، فتقفز خطوط المجال فوقها إلى شكل جديد وتطلق طاقتها.

الشق والانفجارات مرسومة، مبطّأة ست مرات.

التوهج العملاق

في 27 ديسمبر 2004 أطلق SGR 1806-20 كل شيء دفعة واحدة. فلمدة خُمس ثانية فاق القمرَ البدر سطوعًا كما يُرى من الأرض، من على بعد 28,000 سنة ضوئية: أسطع وميض رُصد قط من خارج المجموعة الشمسية.

وصل التوهج العملاق إلى الأرض الساعة 21:30 بالتوقيت العالمي. كان كله تقريبًا أشعة غاما لا تراها العين، لكنه جلب إلى الأرض لمدة خُمس ثانية طاقة أكبر مما يجلبه ضوء البدر (Palmer وزملاؤه 2005). أغرق كل كواشف أشعة غاما في الفضاء تقريبًا، بل أربك الغلاف الجوي العلوي للأرض، الأيونوسفير.

يُعتقد أنه وقع حين انكسر جزء كبير من المجال، بعد سنوات من الإجهاد، وقفز دفعة واحدة إلى شكل جديد، قاذفًا سحابة من المادة بسرعة تبلغ جزءًا كبيرًا من سرعة الضوء.

الوميض أشعة غاما، مرسومة بالبنفسجي الباهت، ومبطّأة نحو خمس مرات.

ذيل نابض

بعد الوميض، توهّجت كرة نار يمسكها المجال نحو ست دقائق، وازداد سطوعها كلما أدارها دوران النجم نحونا، كل 7.56 ثانية.

دام الوميض الأول خُمس ثانية. وتبعه توهّج أهدأ خبا في نحو 380 ثانية، يرتفع وينخفض كل 7.56 ثانية: وهو دوران النجم نفسه.

التفسير كرة نار محبوسة: كرة من الإلكترونات والبوزيترونات وأشعة غاما بحرارة مئات ملايين الدرجات، عالقة في حلقات المجال المغلقة فوق السطح مباشرة. كان ضغطها وحده كفيلًا بتفجيرها في لحظة؛ ولا يقدر على حبسها إلا مجال بهذه القوة. وبينما بردت من الخارج إلى الداخل خبا توهّجها، في حين كان دوران النجم يديرها نحو الأرض ثم بعيدًا عنها.

هنا رُسمت كرة النار على جانب واحد من النجم؛ شكلها الحقيقي غير معروف. ويجري الذيل أسرع مما جرى بنحو أربع مرات.

رنّ النجم

في الذيل خفقت الأشعة السينية بترددات ثابتة، من 18 إلى 1840 مرة في الثانية: كانت القشرة لا تزال ترتجف من الزلزال، كجرس مقروع.

وجدت الأقمار الصناعية التي وقّتت الأشعة السينية للذيل بدقة أنها تخفق بترددات ثابتة: 18 و26 و30 و92 و150 و625 و1840 مرة في الثانية (Israel وزملاؤه 2005؛ Strohmayer وWatts 2006). وكانت مجموعة مشابهة قد وُجدت في التوهج العملاق لـ SGR 1900+14 عام 1998.

تطابق هذه الترددات الطرق التي تستطيع بها قشرة النجم النيوتروني أن تلتوي ذهابًا وإيابًا، نصفها في مقابل النصف الآخر، تمامًا كما يقرأ علماء الزلازل رنين الأرض بعد زلزال ليعرفوا ما في داخلها. وكانت تلك أول مرة يُسبر فيها باطن نجم نيوتروني بهذه الطريقة.

هذه الترددات نغمات يمكننا سماعها. عند تشغيل الصوت تُعزف هنا كنغمات؛ أما شدتها فمرسومة. والتواء القشرة مرسوم مبطّأً لتتمكن العين من متابعته.

عناصر ثقيلة

قذف التوهج مادة أيضًا. وبعد نحو عشر دقائق أظهر توهّج خافت من أشعة غاما أنها تحوي عناصر ثقيلة حديثة الصنع: نحو ثلث كتلة الأرض.

قذف التوهج سحابة من مادة غنية بالنيوترونات بسرعة تبلغ جزءًا كبيرًا من سرعة الضوء. وبإعادة فحص السجلات القديمة وجد الفلكيون توهّجًا لاحقًا وأخفت من أشعة غاما بلغ ذروته بعد نحو عشر دقائق من الوميض.

يطابق سطوعه وتوقيته التحلّل الإشعاعي لنوى ثقيلة حديثة الصنع: الأسر السريع للنيوترونات، أي العملية r، التي تصنع الذهب والبلاتين واليورانيوم. صُنع نحو جزء من مليون من كتلة الشمس، أي ثلث كتلة الأرض (Patel وزملاؤه 2025). قد تصنع توهجات عملاقة كهذه من واحد إلى عشرة في المئة من أثقل العناصر في درب التبانة؛ ويأتي معظم الباقي من تصادم النجوم النيوترونية.

رُسمت السحابة كقشرة تتوهج بلون ذهبي؛ شكلها الحقيقي غير معروف.

انفجار راديوي من مجرتنا

في 28 أبريل 2020 أطلق مغنطار آخر، SGR 1935+2154، انفجارًا من الأشعة السينية ووميضًا من الموجات الراديوية أقصر من جزء من ألف من الثانية: أول انفجار راديوي سريع يُرى من داخل درب التبانة.

الانفجارات الراديوية السريعة ومضات من الموجات الراديوية تدوم بضعة أجزاء من الألف من الثانية، اكتُشفت أول مرة عام 2007. رُصد منها الآلاف، كلها تقريبًا من مجرات أخرى، وظل مصدرها لغزًا.

في 28 أبريل 2020 التقط تلسكوبان راديويان، CHIME في كندا وSTARE2 في الولايات المتحدة، واحدًا منها من SGR 1935+2154، على بعد نحو 30,000 سنة ضوئية، في اللحظة نفسها لانفجار من الأشعة السينية منه. وجاء على هيئة ومضتين بينهما 29 جزءًا من الألف من الثانية. ولو رُئي من مجرة أخرى لبدا انفجارًا راديويًا سريعًا خافتًا: فبعض تلك الومضات البعيدة على الأقل يأتي من المغنطارات.

الموجات الراديوية غير مرئية؛ وهي هنا مرسومة بالأخضر ومبطّأة نحو ثلاثين مرة.

الخفوت

المغنطارات فتية: تبلى مجالاتها في نحو 10,000 سنة. ثم تتوقف الانفجارات، ويعيش النجم نجمًا نيوترونيًا هادئًا.

يُعرف نحو 30 مغنطارًا، كلها في درب التبانة أو في رفيقتها سحابة ماجلان الكبرى. تقع قرب عناقيد نجمية فتية وبقايا مستعرات عظمى، وقليل منها يزيد عمره على بضعة آلاف من السنين. أحدها، في العنقود Westerlund 1 على بعد 16,000 سنة ضوئية، وُلد من نجم كتلته نحو 40 مرة كتلة الشمس.

وبينما يضمحل مجاله ويطلق التواءاته، يسخّن النجم ويمدّ الانفجارات بالطاقة. وبعد نحو عشرة آلاف سنة لا يبقى منه ما يكفي لتشقيق القشرة. فيتباطأ المغنطار ويبرد ويخبو ليصير واحدًا من مئات ملايين النجوم النيوترونية الهادئة التي يُعتقد أنها تملأ مجرتنا.

أجرام في هذه القصة

نجم نيوتروني