زنبرك انفلت: ثلاثة أعطال في نجم نابض كان صامتًا ✛

الأصل: "Discovery of Three Glitches in the previously quiet pulsar PSR J1637$$-$$4642"
arXiv:2608.19555v1 · 2026-08-20 · CC BY 4.0 · 2 دقيقة
نجم نابض ظل يدور بدقة لعقود، فجأة أصدر ثلاث قفزات في التردد بقوى مختلفة – وكشف تفاصيل عن محتواه الداخلي فائق الميوعة.

النجم النابض PSR J1637−4642 يشبه الطبل مع الخشخيشة: فهو يدور بسرعة هائلة، وكل ومضة من الإشعاع الراديوي هي نقرة تقيس الزمن. لمدة تسع سنوات ونصف، استمع علماء الفلك إلى هذا الإيقاع باستخدام تلسكوب Murriyang الذي يبلغ قطره 64 مترًا في أستراليا – ولم يسمعوا أي خلل. بدا الأمر وكأن الآلية تعمل بشكل مثالي. لكن في عام 2020، استدار الطبل: قفز تردد الدوران بمقدار 2.7 جزء من المليون. الأمر أشبه بأن عقرب الثواني في الساعة يتسارع فجأة بمقدار جزء من عشرة مليارات من الثانية خلال عام.

قفزة التردد – الانزلاق النجمي – هي تسارع مفاجئ في دوران النجم النابض، يليه لاحقًا تصحيح جزئي. داخل النجم، يدور سائل فائق الميوعة (سائل بدون احتكاك) بشكل مستقل عن القشرة، وعندما تنفلت الدوامات، ينقل هذا السائل عزمه الزاوي إلى القشرة.

بعد ثلاث سنوات، نقر الطبل مرة أخرى، لكن بقوة أضعف بمقدار 1200 مرة. وبعد 2.7 سنة أخرى، حدثت النقرة الثالثة، بقوة متوسطة. ثلاثة أعطال في خمس سنوات – حالة نادرة لنجم نابض كان يُعتبر "هادئًا". سمح أقوى انزلاق بالنظر إلى داخل النجم: بعد القفزة، بدأ التردد يعود تدريجيًا، لكن لم يعد سوى جزء صغير – 1.5% من القفزة – خلال زمن مميز يبلغ حوالي 100 يوم. الأمر أشبه بزنبرك انفلت من مزلاج، لم يستقم فورًا، بل زحف ببطء إلى الخلف.

نموذج زحف الدوامات، حيث تكون دوامات السائل فائق الميوعة مثبتة على نوى الشبكة البلورية للقشرة الداخلية، فسّر التأثير اللاحق. أعطى الملاءمة نسبة عزم القصور الذاتي فائق الميوعة: 1.87% من عزم القصور الذاتي الكلي للنجم. هذه القيمة تقع ضمن النطاق المتوقع للنيوترونات فائقة الميوعة في القشرة الداخلية. سابقًا، لم تكن هناك مثل هذه التقديرات لهذا النجم النابض – ولم تكن هناك أيضًا انزلاقات نجمية.

عزم القصور الذاتي – مقياس لمدى صعوبة تدوير جسم أو إيقافه. بالنسبة للنجم النيوتروني، يتكون من مساهمة القشرة والسائل فائق الميوعة. النسبة المقاسة البالغة 1.9% تشير إلى أن جزءًا صغيرًا فقط من الكتلة يشارك في العطل.

قبل هذا العمل، كان يُعتقد أن PSR J1637−4642 لا ينزلق، على الرغم من صغر عمره (حوالي 41 ألف سنة) وطاقته العالية. الآن أصبح واضحًا: كان يخزن التوتر، مثل زنبرك في مزلاج، ثم ينفلت. لا توجد تطبيقات تقنية لهذه المعرفة – إنها معرفة خالصة حول البنية الداخلية للنجوم النيوترونية. لكن كل عطل من هذا القبيل هو نافذة على الديناميكا المائية الكمومية للمادة فائقة الكثافة، التي لا يمكن إعادة إنتاجها في المختبر.

إذا استمر رصد النجم النابض، يمكن جمع المزيد من الانزلاقات النجمية واختبار ما إذا كان توزيع أحجامها يتبع قانون القوى، كما هو الحال في النجوم النابضة الشابة الأخرى. الطبل يستمر في الدوران، وكل نقرة جديدة هي فرصة لسماع كيف تبدو حشوته.

أضعف انزلاق لهذا النجم النابض غيّر تردد الدوران بمقدار 14 نانوهيرتز فقط — أي ما يعادل تسارع عقرب الثواني في الساعة بمقدار جزء من عشرة مليارات من الثانية في السنة.

\phi(t) = \phi_0 + \nu(t-t_0) + \frac{\dot{\nu}}{2}(t-t_0)^2 + \frac{\ddot{\nu}}{6}(t-t_0)^3
تحليل طور دوران النجم النابض إلى متسلسلة تايلور حتى الحد الثالث
\phi_g = \Delta\phi + \Delta\nu_p (t-t_g) + \frac{1}{2}\Delta\dot{\nu}_p (t-t_g)^2 + \sum_i \Delta\nu_d^i \tau_d^i \left[1 - e^{-(t-t_g)/\tau_d^i}\right]
نموذج ظاهراتي للانزلاق: قفزات ثابتة في التردد ومشتقته بالإضافة إلى تضاؤلات أسية
\dot{\nu}_c(t) = -\frac{I_l}{I}\frac{\delta\omega e^{-t/\tau}}{\tau} + \dot{\nu}_0 + \ddot{\nu} t
معدل تغير تردد القشرة يتكون من استجابة أسية متضائلة من المكوّن فائق السيولة واتجاه خطي
العلماء
Albert EinsteinBarry BarishKip ThorneRichard FeynmanRussell HulseJocelyn Bell Burnell
المفاهيم
قفزة النباض زلزال مغناطيسي