مرافق النباض

في نظام ثنائي قريب، قد يستمر نجم في نقل مادته إلى جاره لسنوات، مثل شخص يتخلى تدريجيًا عن كل ما يملك. عندما ينضب المصدر، يبقى منه نواة كثيفة مغلفة بسحابة من بقاياه الخاصة. هذه اللحظة بالذات التقطها علماء الفلك في العنقود الكروي NGC 362: القزم الأبيض المرافق للنجم النابض الملي ثانية لم يخلع بعد "شرنقته" من المادة التي غادرت سطحه مؤخرًا.

تبدو السماء ليلًا هادئة، لكن في الواقع تمر عبرنا باستمرار جسيمات غير مرئية — الأشعة الكونية. من بينها إلكترونات وجسيماتها المضادة — البوزيترونات. عندما تصطدم بالكاشفات على الأقمار الصناعية أو البالونات، تسجل الأجهزة طاقتها. وهنا تبدأ اللغز: على الرسم البياني حيث يمثل المحور الأفقي الطاقة والمحور الرأسي عدد الجسيمات، لا نرى خطوطًا ناعمة بل انكسارات وتحدبات.

منارة تومض ليس كل ثانية، بل كل بضع دقائق أو حتى ساعات. هكذا تتصرف المتغيرات الراديوية طويلة الدورة — وهي مصادر كونية اكتُشفت مؤخرًا فقط. إشاراتها أبطأ من أن تصدر عن النجوم النابضة المعتادة (وهي نجوم نيوترونية سريعة الدوران)، لكنها أقوى من أن تُعزى إلى تداخل عشوائي.

في مكان ما في أعماق الفضاء، يدور ثقبان أسودان فائقا الكتلة ثقب أسود حول بعضهما البعض. رقصتهما ليست سلسة — فالمدار بيضاوي الشكل، كحبل مطاطي يتمدد تارة وينكمش تارة أخرى. كل دورة من هذا القبيل تولد تموجات في نسيج الزمكان — موجات ثقالية. تنتشر هذه الموجات في كل الاتجاهات، وبعد ملايين السنين تصل إلى الأرض، فتمدّدها وتضغطها بمقدار أصغر من نواة الذرة.

في مكان ما في أعماق درب التبانة، تظهر من حين لآخر ومضات راديوية — نادرة ومنتظمة، كأنها دقات بندول بعيد. هذه الومضات الراديوية الطويلة الدورة اكتُشفت مؤخرًا فقط، وقد أربكت علماء الفلك على الفور.

المجرة ليست بحيرة هادئة، بل بركة تعلوها تموجات. هذه التموجات تُحدثها المادة المظلمة فائقة الخفة (جسيمات أخف بمليارات المليارات من الإلكترون). تذبذبات مجالها تخل بتوقيت النجوم النابضة البعيدة — وهي منارات كونية تلتقط إشاراتها التلسكوبات الراديوية الأرضية.

1799 كيلومترًا في الثانية — بهذه السرعة يغادر النجم S5-HVS1 المجرة إلى الأبد. قبل 4.8 مليون سنة، قُذف من مركز درب التبانة أثناء اقتراب قريب من الثقب الأسود فائق الضخامة Sgr A*. يترك مثل هذا الحدث أثرين أحفوريين: نجم هارب فائق السرعة ورفيقه الذي تم أسره في مدار بيضاوي. ربما تم العثور على الأثر الثاني.

نجم تابي، منارة في بحر الفضاء، منذ عام 2015 يحير علماء الفلك. ضوؤه يتلألأ ليس بإيقاع الكواكب، بل كما لو كان مبعثرًا بعاصفة — انخفاضات عميقة، طفرات حادة. لكن في وسط هذه الفوضى، ظهر انخفاض منتظم، شبه مثالي. عين العاصفة. سجل تلسكوب TESS عبور (transit) — مرور جسم غير مرئي عبر قرص النجم — استمر لمدة 21 ساعة. بلغ العمق 1,1%.

في عام 2034، ينطلق صاروخ من قاعدة فضائية يحمل حمولة غير عادية: كرتان بحجم كرة أرضية كبيرة، تزن كل منهما قرابة طن. لا محركات، لا إلكترونيات. فقط سطح مرآة مكون من مئات العاكسات الزاوية — مناشير صغيرة تعيد الضوء تمامًا إلى حيث أتى. هذه هي الشوكة الرنانة الكونية المستقبلية.

لأكثر من قرن، حيّر السلوك المتقلب لنجوم نوع RR القيثارة علماء الفلك: يزداد سطوعها وينخفض بشكل دوري بسعة لا يمكن التنبؤ بها، مثل منارة بآلية معطلة. ظل تأثير بلاجكو، الذي اكتُشف عام 1907، يثير فضول العلماء لعقود. ولم يتمكن سوى تلسكوب كيبلر الفضائي، بدقته البالغة، من إيجاد مفتاح هذا اللغز.

قبل ربع قرن، حطم العالمان ميشيل مايور وديدييه كيلو كل قواعد تشكل الكواكب باكتشافهما أول مشترٍ حار. فالعملاق الغازي الذي يدور في أيام معدودات لا يمكن أن يكون قد نشأ قرب النجم: فالجو هناك أشد حرارة، ولا تتوفر مواد البناء. إذن، وُلد بعيداً ثم هاجر.

ظلت الرقصات الثقالية للأجرام السماوية صامتة أمام علماء الفلك لزمن طويل. تعلمنا التقاط ظلال الكواكب أمام نجومها باستخدام طريقة العبور — وهو إنجاز أهدانا آلاف العوالم بفضل ويليام بوروكي وتلسكوبه "كيبلر". لكن أقمارها كانت تفلت منا — فهي صغيرة جدًا وباهتة جدًا. جاءت نقطة التحول عندما حوّل علماء الفلك تركيزهم من البصر إلى السمع.

الدوامة: تدوير الخفيفة أسهل من الثقيلة. هذا ما تفعله النجوم النيوترونية تقريبًا — وهي بقايا فائقة الكثافة لنجوم منفجرة. نظر علماء الفلك إلى نحو خمسين نظامًا ثنائيًا يدور فيه نجم نيوتروني حول آخر، فلاحظوا: كلما زادت كتلة النجم، طال زمن دورانه. العلاقة ليست حتمية، لكنها ملحوظة إحصائيًا. معامل الارتباط (مقياس العلاقة الإحصائية) حوالي -0.26، ومع احتمال 96% يكون أقل من الصفر.

في عام 2022، بدأ علماء الفلك في اكتشاف منارات كونية غريبة — العابرات الراديوية طويلة الدورة. على عكس النجوم النابضة السريعة، التي اكتشفتها جوسلين بيل بورنيل في عام 1967، كانت هذه الأجسام تنفجر بدورات تصل إلى عشرات الدقائق والساعات.

يستمع الفلكيون إلى الكون كما لو كان جهاز استقبال راديو قديماً: يديرون المقبض لا بحثاً عن محطة واحدة، بل لالتقاط أي ضوضاء غير عادية. هذا النهج يكسر الحواجز: فبدلاً من ملاحقة موجات الجاذبية وفق أنماط محفوظة مسبقاً، يلتقطون كل ما يمر بهم - دون تحيز.

منارة تدور في ضباب كثيف. شعاعها يخترق العتمة، لكن الضباب نفسه يبقى غير مرئي. هكذا تقريبًا يبحث علماء الفلك عن المادة المظلمة: فهي لا تصدر ضوءًا، لكنها قادرة على التأثير في الإشارات التي تصل إلينا. في دراسة جديدة، حوّل العلماء خمسين نجمًا نابضًا — نجومًا نيوترونية سريعة الدوران — إلى هوائي موزّع عملاق لالتقاط «تنفس» المادة المظلمة الأكسيونية.

المنارة تومض بدقة مرة كل ثانية. إذا كانت تتحرك في مدار دائري، فإن ومضاتها تصل إما أبكر قليلًا أو متأخرة قليلًا — مما يكشف عن رفيق غير مرئي. هكذا كشف علماء الفلك عن الرفيق الخفي للنجم IY Lyrae. IY Lyrae هو نجم متغير نابض في القرص السميك للمجرة. يتغير لمعانه بفترة تبلغ حوالي نصف يوم: يتمدد النجم وينكمش بإيقاع منتظم. لكن ظهرت خلل في هذا الإيقاع.

إذا ضربت جرسًا، فإنه سيصدر نغمة واحدة. أما إذا وضعت بداخله لسانًا ثانيًا، ورنّ كلاهما دون أن يتلامسا، فسيصبح الصوت أكثر تعقيدًا. هذا تقريبًا هو حال النجم النيوتروني في الدراسة الجديدة. إنه ليس مجرد كرة ملتهبة: فقد تتدفق في داخله سائلان لا يمتزجان — مثل النيوترونات فائقة الميوعة والبلازما العادية.

سحابة أورت هي سرب كروي من تريليونات الأجسام الجليدية على أقصى حدود النظام الشمسي، على بُعد نحو سنة ضوئية من الشمس. هذه الأجسام شبه ساكنة بالنسبة لبعضها البعض، إلى أن يخلّ اضطراب جاذبية ما سكونها.

في مركز درب التبانة يختبئ شيء غير مرئي لكنه ضخم جدًا — أثقل من الشمس بنحو أربعة ملايين مرة. عادةً ما يُطلق عليه الثقب الأسود ويُرمز له بالقوس A*. ومع ذلك، لا يفقد علماء الفلك يقظتهم: فربما ليس ثقبًا، بل شيء أكثر غرابة، مثل كرة عملاقة من جسيمات فائقة الخفة — نجم بوزوني.

عندما يدور ثقبان أسودان فائقا الكتلة حول بعضهما قبل الاندماج، فإنهما يهزان نسيج الفضاء نفسه — مثل قارب يجري في بحيرة تاركًا وراءه أمواجًا. تُسمى هذه الموجات بالثقالية. إنها تعبر الكون وتخترق كل شيء، حتى الأرض. لكن رصدها مباشرة صعب: نحتاج منشآت عملاقة مثل LIGO، التي تلتقط فقط دفقات قصيرة من ثقوب سوداء صغيرة.

المنارة تومض كل بضع ثوانٍ، لكنها فجأة تبدأ في التوهج والخفتان ببطء على مدار عام. هذا هو بالضبط سلوك حوالي ثلث العمالقة الحمراء — النجوم الضخمة في مراحل متأخرة من حياتها. نبضها المعتاد يستغرق أيامًا أو أسابيع، لكن فوقه تظهر فترات ثانوية طويلة: أشهر وسنوات. لُوحظت هذه الظاهرة منذ ما يقرب من مئة عام، لكن لم يتمكن أحد من تفسيرها.

في الليل، يبدو مصباح بعيد ثابتًا، لكن إذا اقتربت منه وتأملته جيدًا، ستلاحظ أنه يتمايل قليلًا مع الريح. هكذا تقريبًا يبحث علماء الفلك عن كواكب حول نجوم أخرى: يقيسون كيف تزيح النجوم انزياحًا طفيفًا بفعل جاذبية أقمارها غير المرئية. في الدراسة الجديدة، أخذ العلماء 176 نجمًا عُثر حولها بالفعل على أقراص غبارية — وهي بقايا مواد البناء التي قد تتشكل منها الكواكب. غالبًا ما توحي هذه الأقراص بوجود أجسام كبيرة تمهد طريقها.

رفيق النجم HIP 53005 حير علماء الفلك. اللون والسطوع والطيف يشيران إلى كتلة حوالي 80 كتلة مشتري — بالضبط على حدود حرق الهيدروجين، حيث الجسم لم يعد كوكباً لكنه ليس نجماً بعد. لكن حركته المدارية تتطلب كتلة تقريباً ضعف ذلك: 185 كتلة مشتري. إنه مثل حقيبة تبدو خفيفة لكنها ثقيلة في الواقع، وكأن بداخلها حقيبة أخرى مخفية.

النجم النابض هو نجم ميت يدور بسرعة هائلة ويطلق نبضات راديوية مثل المنارة. لكن بالنسبة إلى PSR J1928+1815، تنطفئ الإشارة أحيانًا لمدة 3.6 ساعة. شيء ما يحجب المنارة. يدور حول النجم النابض نجم رفيق، ويلقي بظله علينا. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن الرفيق هو نجم هيليوم عارٍ: نواة نجم سابق فقدت طبقاته الخارجية.

في السماء نقاط خافتة تزحف ببطء بين النجوم. إنها أبرد من جمرات الموقد وأصغر من الشمس — إنها الأقزام البنية. عددها كبير لدرجة أن علماء الفلك لا يستطيعون مراجعة جميع الصور. عندها جاء المتطوعون للنجدة: أناس عاديون تأملوا صور التلسكوب وحددوا الأجسام المتحركة. مشروع Backyard Worlds: Planet 9 جمع 3006 من هذه الأجسام الجديدة. معظمها من النوع L (2357 جسماً)، والباقي من النوع T (649 جسماً).

بعد انفجار مستعر أعظم، يتبقى نجم نيوتروني: كرة بحجم مدينة من مادة كثيفة بشكل لا يمكن تصوره، تدور مئات المرات في الثانية. أي نتوء صغير على سطحه سيجعله يتمايل مثل الدوامة غير المتوازنة، ويهمهم بصوت خافت عبر نسيج الفضاء.

نصف قرن ظل علماء الفلك يحاولون فهم طبيعة الإشعاع الرنيني القوي لنجم جاما ذات الكرسي — منارة ساطعة في الكوكبة، توهجها في نطاق الرنين لم ينطبق على نماذج النجوم المنفردة. اشتبهوا في وجود رفيق خفي، لكن لم تكن هناك أدلة مباشرة.

قمة دوارة تدور بسرعة كبيرة لدرجة أنها تكمل 220 دورة في ثانية واحدة — هذا هو بالضبط ما التقطه التلسكوب الراديوي الصيني FAST. إنه النجم النابض PSR J1810-0623، نجم نيوتروني بحجم مدينة لكن كتلته أكبر من كتلة الشمس. كل 4.55 ميلي ثانية، يمر شعاعه الراديوي بالقرب من الأرض مثل منارة في محيط كوني. هذا النجم النابض ليس وحيدًا.

ومضات إيقاعية لمنارة وسط ضباب كثيف — هكذا يبدو البحث عن النجوم النابضة. المنارة تدور، وشعاعها يصل إلى التلسكوب بشكل دوري. لكن الضباب يشتت الضوء، فتبدو الفترة مختلفة قليلًا. إذا رُصدت نفس المنارة مرتين، يمكن المقارنة: يجب أن تتطابق الفترات تقريبًا، وأن يكون التشتت متشابهًا. هذا بالضبط ما تفعله الخوارزمية الجديدة للبحث عن النجوم النابضة — نجوم نيوترونية سريعة الدوران تُصدر نبضات راديوية.

نجم نيوتروني بحجم مدينة يدور ثلاثين دورة في الثانية. مجاله المغناطيسي أقوى بتريليونات المرات من مجال الأرض. هذه الظروف قادرة على توليد سحابة من الأكسيونات حول النجم — جسيمات خفيفة لم يلتقطها أي كاشف حتى الآن، لكنها تفسر جيدًا الكتلة الخفية للكون. تتفاعل الأكسيونات مع الضوء: في مجال مغناطيسي قوي، تُدير قليلًا مستوى اهتزاز الموجة الكهرومغناطيسية.

تخيّل محيطًا غير مرئي يتكوّن من المادة المظلمة — وهي جسيمات فائقة الخفة، كان فريتز زفيكي أول من اشتبه في وجودها منذ ثلاثينيات القرن العشرين. في هذا المحيط يغوص نجم نيوتروني — وهو جرم كثيف بحجم مدينة، لكنه يمتلك كثافة هائلة: فملعقة صغيرة من مادته تزن مليارات الأطنان.

نجم حار في أنفاسه الأخيرة يرتجف كوتر بعد نقرته. سطحه يهتز بسعة تبلغ أجزاء من الألف من القدر النجمي — وهذا مثل ملاحظة أن مصباحاً في الغرفة ومض بنسبة 0.3% من سطوعه. بالنسبة لتلسكوب فضائي، هذه الدقة مألوفة، لكن من الأرض يعيق الغلاف الجوي.

الموجات الثقالية هي تموجات في نسيج الزمكان، تنشأ مثلاً عن أزواج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تدور حول بعضها البعض. لالتقاطها، يراقب العلماء النجوم النابضة — وهي نجوم ميتة تُصدر نبضات راديوية بدقة الساعات. الموجة، أثناء مرورها عبر الفضاء، تضغط وتمد مسار الإشارة بالتناوب، فتصل النبضات أبكر أو أحدث قليلاً.

في مركز مجرتنا يختبئ ثقب أسود هائل يُدعى الرامي A* — عملاق يمسك بالنجوم من حوله. يحلم علماء الفلك بالعثور على نجوم نابضة بالقرب منه: هذه المنارات الكونية تُرسل نبضات راديوية بدقة الساعات الذرية. إذا التقطنا نجمًا نابضًا في مدار حول الثقب الأسود، يمكننا قياس كيفية انحناء المكان والزمان في جواره. العمل الجديد يقدم نموذجًا واقعيًا لمثل هذه الملاحظات.

في أغسطس 2017، التقطت كاشفات الموجات الثقالية إشارة من اندماج نجمين نيوترونيين — بقايا فائقة الكثافة لنجوم منفجرة. في تلك اللحظة بالذات، كانت الحياة تسير كالمعتاد في جميع أنحاء الأرض: طائرات تهبط، سيارات تسير، وأجهزة الملاحة تحسب المسارات. عملها يعتمد على ساعات ذرية على أقمار GPS الصناعية — تدق بدقة مذهلة، تقيس الوقت عبر اهتزازات الذرات.

في النواة الكثيفة للعنقود الكروي NGC 6397، حيث تتزاحم النجوم كالركاب في ساعة الذروة، لاحظ علماء الفلك زوجًا غريبًا. أحد النجمين قزم أبيض بدرجة حرارة سطحية تبلغ 16,000 كلفن (بقايا نجم محترقة تبرد على مدى مليارات السنين)، وبجانبه يدور رفيق غير مرئي. يكملان دورة حول مركز الكتلة المشترك في 0.54 يوم — أسرع من دوران الأرض حول محورها.

في سديم الرتيلاء، حيث تولد آلاف النجوم، يتصرف نجم أزرق لامع بشكل غريب. إنه يقترب منا تارة ويبتعد تارة أخرى، وكأن شخصًا ما يسحبه بحبل غير مرئي. هذا "الشخص" يكمل دورة كاملة خلال 17 يومًا، لكنه غير مرئي في التلسكوبات. صوّر علماء الفلك النجم 30 مرة باستخدام مطياف يحلل الضوء إلى ألوانه، مثل المنشور.

على مدى 39 عامًا، سجّل علماء الفلك كيف يشتعل نجم "BE Lyn" ويخفت. ضوءه ينبض بإيقاع يستغرق بضع ساعات، مثل منارة تومض دون توقف. لكن في هذا الإيقاع وُجد خلل: أحيانًا كانت الومضات تأتي أبكر قليلًا، وأحيانًا متأخرة قليلًا. كان النجم يقترب من الأرض تارة ويبتعد تارة أخرى، وكأن شيئًا ما يسحبه في مدار دائري. اتضح أن "BE Lyn" ليس وحيدًا. يدور حوله رفيق غير مرئي، ومدار هذا الزوج ممتد إلى أقصى حد.

انتقلت عائلة إلى شقة ضيقة في وسط المدينة. إذا كان الانتقال هادئًا، فقد يسكن معهم أقاربهم أيضًا. لكن إذا طُردت العائلة من منزلها القديم بعاصفة، فستجد نفسها وحيدة في الشقة الجديدة. هكذا تقريبًا يحلل علماء الفلك مصير المشتريات الحارة — الكواكب العملاقة التي تدور قريبًا جدًا من نجمها، أحيانًا أقرب من مدار عطارد حول الشمس.