دينامو الدراجة في الفضاء: كيف تولد نفاثات الكولابسار سريع
في هذا العمل، نُفذت لأول مرة محاكاة نسبوية عامة مغناطيسية هيدروديناميكية ثلاثية الأبعاد للكولابسارات ذات مجال مغناطيسي حلقي أولي، مأخوذ من نماذج النجوم ما قبل الانهيار. عند وصوله إلى أهمية ديناميكية، يُطلق المجال الحلقي تأثير الدينامو الذي يولد حلقات مغناطيسية قطبانية متماسكة على مسافات تصل إلى نحو 100 نصف قطر جاذبي. ثم تنتقل الحلقات إلى داخل القرص، وتنحرف أحيانًا عن المستوى الاستوائي، وتخترق الثقب الأسود، وتُنتج نفاثات نسبوية شديدة التغير ذات مبادرة، بمقياس زمني يبلغ نحو ثوانٍ. يعتمد بدء النفاثة على المجال الابتدائي وعلى نصف قطر تدوير البلازما. ومع التغير العالي والانحراف عن محور دوران الثقب الأسود، توفر النفاثات باستمرار طاقةً تفوق 10^50 إرغ/ثانية، مما يضاهي انفجارات أشعة غاما الطويلة. ورُصدت انقلابات عشوائية للتدفق المغناطيسي تؤدي إلى تشكل نفاثات «مخططة»، قد تنعكس آثارها في منحنيات الضوء. تُظهر النتائج أن تأثير الدينامو في أقراص التراكم هو آلية شاملة لإطلاق النفاثات في الكولابسارات ذات نطاق واسع من خصائص الأسلاف.
ينهار نجم ضخم، ويُولد ثقب أسود، محاط بقرص من البلازما الحارة. لكي تندفع من هذا القرص نفاثات ضيقة، تحتاج إلى مجال مغناطيسي منظم. لكن داخل النجم يكون المجال متشابكًا. أظهرت حسابات على حاسوب فائق: القرص يعمل مثل دينامو الدراجة — فالدوران بذاته ينظم المجال المغناطيسي.
في البداية يلتف المجال إلى حلقات، ثم، مثل دينامو ذاتي الإثارة، يُولّد حلقات مغناطيسية عملاقة. تنجذب هذه الحلقات إلى الثقب وتُطلق نفاثات متذبذبة بسرعة تقارب سرعة الضوء. لا تحتاج هذه الآلية إلى مجال موروث من نجم نيوتروني أولي — فهي عالمية لمختلف الكولابسارات، وهي أحد أنواع المستعرات العظمى.
النتيجة غير المتوقعة: أصبحت النفاثات مخططة — حيث ينعكس المجال المغناطيسي فيها بشكل دوري. ستُطبع هذه الخطوط في منحنى سطوع انفجار أشعة غاما، لتصبح 'توقيعًا' للدينامو. وهكذا تحول تأثير غير ملحوظ إلى وصفة بسيطة لأقوى الانفجارات في الكون. كان كيب ثورن قد تأمل كيف تُطلق الثقوب السوداء النفاثات، وكان فريتز زفيكي أول من افترض أن النجوم النيوترونية تولد في انفجارات المستعرات العظمى — والآن يربط العمل الجديد هذه الظواهر معًا.
🎯 يتولد المجال المغناطيسي للأرض أيضًا بتأثير الدينامو في النواة السائلة - لكنه هناك يعمل لمليارات السنين، بينما في الكولابسار تتم العملية بأكملها في ثوانٍ.
🎬 إذا كان كتاب الخيال العلمي يتخيلون مركبات فضائية بمحركات عجيبة، فإن الطبيعة قد بنت بالفعل مسرعاتها الخاصة - نفاثات الكولابسار التي تقذف المادة بسرعة تقارب سرعة الضوء.