النجم النابض

كيف يصير نجم ميت منارة كونية

خطوة بخطوة

نجم بحجم مدينة

حين يموت نجم تزيد كتلته على ثماني شموس، ينهار لبّه إلى نجم نيوتروني: نحو 1.4 ضعف كتلة الشمس في كرة قطرها نحو 22 كم.

يسطع النجم الكبير بدمج الذرات الخفيفة في ذرات أثقل داخل قلبه. وحين يتحول القلب إلى حديد تنطفئ تلك النار، لأن دمج الحديد لا يعطي طاقة. ولا يبقى ما يسنده، فينهار القلب، وهو بحجم الأرض تقريبًا، على نفسه في أقل من ثانية.

يبلغ الانسحاق حدًّا تُضغط فيه الإلكترونات داخل البروتونات فتحوّلها إلى نيوترونات. ولا يتوقف السقوط إلا حين تتراص النيوترونات بإحكام كما في نواة الذرة. أما بقية النجم فتُقذف في الفضاء في مستعر أعظم، ويبقى النجم النيوتروني.

باستثناء الثقوب السوداء، لا يُعرف شيء أكثف منه: مكعب سكر من مادة النجم النيوتروني يزن نحو ما يزنه جميع سكان الأرض معًا. وجاذبيته تحني الضوء. فحلقة النجوم الممطوطة حوله هي ضوء نجوم انحنى بجذبه، ويُرى نحو أربعة أخماس سطحه دفعة واحدة.

مغناطيس دوّار

جعله الانهيار يدور بسرعة وضغط مجاله المغناطيسي حتى صار أقوى من مجال الأرض تريليونات المرات. وقطباه المغناطيسيان مائلان عن المحور الذي يدور حوله.

تخيّل متزلجًا على الجليد يضم ذراعيه فيدور أسرع. كان قلب النجم المحتضر يدور ببطء، لكنه حين انكمش من حجم الأرض إلى حجم مدينة صار يدور أسرع بمئات آلاف المرات. ويمكن للنجوم النيوترونية الوليدة أن تدور مرات كثيرة في الثانية.

وضغط الانسحاق أيضًا المجال المغناطيسي للنجم في حيّز أصغر بكثير، فصار أقوى بدرجة هائلة. وبعض النجوم النيوترونية، وتسمى النجوم المغناطيسية، أقوى من ذلك بألف مرة: إنها أقوى المغانط المعروفة.

كما على الأرض، لا يقع القطبان المغناطيسيان حيث يخرج محور الدوران. الخط الأبيض المتقطع هو المحور الذي يدور عليه النجم، والبنفسجي محوره المغناطيسي المائل عنه. وهذا الميل هو ما سيحوّل النجم إلى منارة.

حزمتان

فوق القطبين المغناطيسيين، تندفع جسيمات منتزعة من السطح على امتداد المجال وتُطلق حزمتين ضيقتين من موجات الراديو. موجات الراديو غير مرئية، لذا رُسمت هنا باللون الأخضر.

المغناطيس الدوّار يولّد الكهرباء، وهكذا تعمل المولّدات في محطات الطاقة. والنجم النيوتروني مولّد عملاق. فدورانه يولّد جهودًا تبلغ تريليونات الفولتات، تكفي لاقتلاع الإلكترونات وجسيمات مشحونة أخرى من سطحه.

لا تستطيع الجسيمات المشحونة أن تتحرك إلا على امتداد خطوط المجال المغناطيسي، كالخرز في سلك. وفوق كل قطب مغناطيسي تمتد الخطوط إلى الفضاء، وهناك تُقذف الجسيمات إلى الخارج بسرعة تقارب سرعة الضوء. وفي طريقها تطلق موجات راديو في مخروط ضيق: هو الحزمة. أما كيف تفعل ذلك بالضبط فلغز لا يزال العلماء يعملون على حله.

تأتي طاقة الحزمتين من دوران النجم، لذلك يتباطأ كل نجم نابض شيئًا فشيئًا على مدى ملايين السنين. وبعضها، مثل نجمَي السرطان وفيلا النابضين، يومض أيضًا في الضوء المرئي والأشعة السينية وأشعة غاما.

منارة كونية

بينما يدور النجم، تمسح حزمتاه السماء كضوء منارة. وكلما عبرت إحداهما الأرض، التقطت التلسكوبات الراديوية نبضة.

الحزمتان مثبّتتان على القطبين المغناطيسيين، وهما مائلان، فمع دوران النجم ترسم كل حزمة دائرة في السماء. والنجم لا يضيء وينطفئ: فهو كمصباح المنارة يسطع طوال الوقت، ولا نرى ومضة إلا حين تتجه إحدى الحزمتين نحونا.

يشير السهم الذهبي إلى جهة الأرض. والخط الأخضر فوق النص هو إشارة الراديو كما يسجلها تلسكوب راديوي على الأرض: مستوية ما دامت الحزمتان تتجهان بعيدًا، وقمة كلما مرّت إحداهما علينا.

حِزم معظم النجوم النابضة لا تعبر الأرض أبدًا، فلا نستطيع رؤيتها إطلاقًا. ومع ذلك اكتُشف أكثر من 4,000 نجم نابض، كلها تقريبًا في مجرتنا.

سرعته الحقيقية

مع الإبطاء يمكنك متابعة كل دورة. يدور نجم فيلا النابض فعليًا 11 مرة في الثانية، وأسرع نجم نابض معروف 716 مرة. اختر نجمًا نابضًا لتراه وتسمعه.

حتى الآن كان الدوران مبطّأً لتتمكن من متابعته. يبدّل الزر في الأعلى بين العرض البطيء والسرعة الحقيقية، وفي القائمة بجانبه أربعة نجوم نابضة حقيقية، من أول نجم نابض اكتُشف، ويدور مرة كل 1.34 ثانية، إلى أسرع ما هو معروف.

أسرعها، PSR J1748−2446ad، يدور 716 مرة في الثانية: يندفع خط استوائه بنحو خُمس سرعة الضوء. والنجوم النابضة بهذه السرعة نجوم قديمة أُعيد تسريعها. فقد صبّ نجم مرافق الغاز عليها ودفعها لتدور أسرع فأسرع، كيد تدفع دوّامة الخيل.

مع تشغيل الصوت تسمع الفرق. النجوم النابضة البطيئة تدق كالطبل، والسريعة تطنّ، وعند مئات النبضات في الثانية تندمج الدقات في نغمة موسيقية.

أسطوانة الضوء

المجال المغناطيسي مثبّت في النجم ويدور معه، كأسلاك عجلة. وكلما ابتعدنا على امتداد السلك تحرّك أسرع، كما تتحرك حافة دوّامة الخيل أسرع من وسطها.

في داخلها تلتف خطوط المجال عائدة إلى النجم، وتدور الجسيمات التي عليها معه. أما الخطوط التي كانت ستمتد أبعد فلا يمكنها أن تنغلق: تنفتح وتنسحب في لولب، حاملة ريحًا من الجسيمات بسرعة تقارب سرعة الضوء. وحول نجم السرطان النابض تضيء هذه الريح سديم السرطان كله، الذي يبلغ عرضه نحو 11 سنة ضوئية.

ساعات في السماء

اكتشفت جوسلين بيل بورنيل أول نجم نابض عام 1967. وتضبط النجوم النابضة الوقت بانتظام شديد، حتى إن خريطة لأربعة عشر منها على متن مسبارَي بايونير وفوييجر تُبيّن موقع شمسنا.

في عام 1967 لاحظت جوسلين بيل بورنيل، الطالبة في كامبريدج، «خربشة» صغيرة على الأشرطة الورقية لتلسكوب راديوي ساعدت في بنائه: نبضات تفصل بينها 1.34 ثانية، منتظمة كالساعة. وسمّى الفريق المصدر مازحًا LGM-1، اختصارًا لعبارة «little green men» أي «الرجال الخضر الصغار»، إلى أن وُجدت مصادر أخرى وتبيّن أنها نجوم نيوترونية دوّارة.

ذهبت جائزة نوبل لعام 1974 عن هذا الاكتشاف إلى مشرفها أنتوني هيويش، لا إليها. وفي عام 2018 فازت بجائزة بريكثرو قيمتها 3 ملايين دولار وتبرعت بها كلها لمساعدة طلاب من فئات قليلة التمثيل في الفيزياء.

أسرع النجوم النابضة تحفظ الوقت بدقة تقارب الساعات الذرية. وكشف توقيت أحدها عام 1992 أول كواكب وُجدت حول نجم آخر. وبتوقيت 68 منها طوال 15 عامًا وجد الفلكيون عام 2023 علامات على موجات ثقالية، وهي تموجات في الفضاء نفسه، تعبر مجرتنا.

تُظهر الخريطة على لوحات بايونير وأسطوانات فوييجر اتجاه 14 نجمًا نابضًا وبُعدها وإيقاعها كما تُرى من الشمس. ولأن النجوم النابضة تتباطأ بانتظام، فمن يجدها يستطيع أن يعرف لا من أين جاءت المسابر فحسب، بل متى انطلقت تقريبًا أيضًا.