نبضات العملاق الأحمر

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.

العملاق الأحمر في تجمع نجمي كروي هو نجم في مرحلة متأخرة من التطور، وهو بمثابة "نجم متقاعد". لقد استنفد الهيدروجين في نواته وأصبح الآن يحافظ على الاحتراق في طبقة رقيقة حول النواة الهيليومية. خلال هذه المرحلة، يزداد لمعانه ببطء حتى يحدث وميض الهيليوم — اللحظة التي تشتعل فيها النواة فجأة من جديد.

منكب الجوزاء — عملاق أحمر فائق، يعرفه الكثيرون من كتف الجبار — ما زال يدهش علماء الفلك. بعد التعتيم العظيم الغامض في 2019–2020، عندما انخفض سطوع النجم فجأة، لم يتعافَ فحسب، بل غيّر أيضًا «عاداتِه».

على الشمس تتردد الضربات بين الحين والآخر — إعادة الاتصال المغناطيسي في البلازما يطلق طاقة، مما يجعل الإكليل يتوهج. بعد كل ضربة من هذا القبيل، لا تزال الأمواج المغناطيسية الهيدروديناميكية تتردد في الحلقات البلازمية لفترة طويلة — مثل رنين الجرس المتلاشي.

ليلة في لا بالما. تلسكوب ويليام هيرشل الذي يبلغ قطره 4,2 مترًا موجه نحو الزهرة. في بؤرته، مقياس الاستقطاب (polarimeter) التجريبي ExPo، المصمم لالتقاط الضوء الشبح للكواكب الخارجية كوكب خارجي (exoplanet).

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.

البندول يتأرجح من تلقاء نفسه، لكنه أحيانًا يبدأ فجأة بالتأرجح بعنف لدرجة أنه يكاد ينخلع من مثبته. هذا تقريبًا ما يفعله القزم الأبيض GD 1212 — نجم بحجم الأرض لكن كتلته تقارب كتلة الشمس. عادةً ما ينبض بفترة تبلغ حوالي 1100 ثانية، وكأنه يتنفس: يتغير سطوعه بإيقاع منتظم بسبب موجات تجري في أعماقه.

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.

نجم يزن مئة ألف شمس يعيش حياة مشرقة وقصيرة. نهايته هي انهيار سريع إلى ثقب أسود. لكن قبل النهاية مباشرة، ينجح في أن يلف نفسه بشرنقة غازية كثيفة. هذه الشرانق بالضبط هي ما يميزه تلسكوب جيمس ويب حول الأجسام الغامضة — "النقاط الحمراء الصغيرة". أخذ علماء الفلك خمسة نماذج لنجوم فائقة الكتلة بتركيبات مختلفة وتتبعوا حياتها خطوة بخطوة.

ثمانية عمالقة حمراء — نجوم قديمة منتفخة تشبه شمسنا في المستقبل — تتصرف بشكل غير متوقع. سطحها يهتز بإيقاع منتظم كالجرس، لكن في هذا الرنين تُسمع اضطرابات: بعض النغمات تختفي، والإيقاع ينكسر. اشتبه العلماء في وجود يد خفية في الداخل — مجال مغناطيسي — وحاولوا حساب قوته. يعمل المجال المغناطيسي في نواة النجم كزنبرك غير مرئي: يمنع الموجات من الانتشار بحرية ويغير نغمتها.

بعض العمالقة الحمراء — وهي نجوم قديمة ضخمة — تغيّر سطوعها ببطء شديد: قد تستغرق الدورة الواحدة أكثر من عام. لم يتمكن علماء الفلك لفترة طويلة من فهم السبب. إحدى الفرضيات: وجود رفيق غير مرئي يدور قريبًا ويحجب جزءًا من الضوء بشكل دوري. فرضية أخرى: النجم نفسه ينبض مثل القلب، لكن ببطء شديد — حيث تنقبض طبقاته الخارجية وتتمدد. العملاق الأحمر أكبر بمئات المرات من الشمس.

العملاق الأحمر هو نجم انتفخ وبرد سطحه وأصبح أكبر بمئات المرات من الشمس. لكنه ليس هادئًا من الداخل: إذ تهتز طبقات الغاز فيه مثل جرس ضخم، مما يسبب تغيرًا طفيفًا في سطوعه. يلتقط علماء الفلك هذه الاهتزازات لفهم ما يحدث في الأعماق. عادةً ما ينظرون إلى رقمين: كم مرة "يتنفس" النجم بشكل عام، وعلى أي نغمة يصدر أعلى صوت. لكن هناك أيضًا مؤشرات أدق — إزاحات صغيرة بين النغمات المتجاورة.

تبدو السماء ليلًا ساكنة، لكن العديد من النجوم تهتز مثل طبل بعد ضربة. ظل القمر الصناعي TESS يراقب نفس المناطق من السماء لمدة سبع سنوات متتالية، والتقط هذا الاهتزاز من 19,151 عملاقًا أحمر — نجومًا قديمة منتفخة. في السابق، كان عدد هذه العمالقة "الناطقة" المعروفة أقل بكثير، والآن ارتفعت القائمة بنسبة 80% دفعة واحدة.

يصف النموذج الكوني القياسي نشأة الكون كانفجار من نقطة تفرد — نقطة ذات كثافة لانهائية وانحناء لانهائي في الزمكان. غير أن هناك سيناريو بديلاً: في البداية انكمش الكون إلى حجم صغير للغاية، ثم حدث «ارتداد» — انتقال من الانكماش إلى التمدد، على غرار نابض مضغوط إلى حده الأقصى فيعود إلى التمدد.

المنارة تظل صامتة معظم الوقت، لكنها أحيانًا تطلق ومضة بقوة تُرى من على بعد مئات الآلاف من الكيلومترات. هذا هو سلوك المغناطيسار XTE J1810-197 — نجم فائق الكثافة يمتلك مجالًا مغناطيسيًا هائلًا. من سبتمبر 2022 إلى يوليو 2023، التقطت التلسكوبات الراديوية التابعة لمعهد الأرجنتين لعلم الفلك الراديوي إشاراته.

في عام 2019، التقطت كاشفات الموجات الثقالية إشارة من اندماج جسمين بعيدين. كان أحدهما ثقبًا أسود كتلته 23 كتلة شمسية. أما الثاني فكانت كتلته 2.5 كتلة شمسية فقط — وهذا غريب. عادةً، لا تزيد كتلة النجوم النيوترونية عن كتلتين شمسيتين: فعند كتلة أكبر، تنضغط لتتحول إلى ثقب أسود. والثقوب السوداء، على العكس، نادرًا ما تكون كتلتها أقل من خمس كتل شمسية.

مؤقت المطبخ يدق مرة كل ثانية. النجم النيوتروني SRGA J144459.2-604207 يدق 448 مرة في الثانية — هذا هو دورانه الذاتي، وهو مسموع في الانفجارات السينية. في عام 2024، استيقظ النجم وبدأ بإطلاق انفجارات نووية حرارية على سطحه، مثل قدر يغلي بشراسة. ثلاثة تلسكوبات — NICER في المدار، وXMM-Newton، وNuSTAR — راقبت النجم. التقطوا 39 انفجارًا خلال فترة المراقبة.

قبل ظهور النجوم بزمن طويل، كان الكون مليئًا بالهيدروجين البارد. هذا الغاز يعرف كيف "يغني" — يصدر موجات راديوية بطول 21 سنتيمترًا. عندما أضاءت النجوم والمجرات الأولى، بدأ ضوءها فوق البنفسجي في نزع الإلكترونات من ذرات الهيدروجين، محولاً الغاز المتعادل إلى غاز مؤين. بدأ غناء الهيدروجين يخفت، ولكن ليس في كل مكان دفعة واحدة، بل في بقع — حيث كان الضوء أكثر.

النجم مثل الشمس يطن كالجرس: فموجات صوتية بداخله تجعل سطحه يهتز بشكل بالكاد ملحوظ. ومن خلال هذا الاهتزاز، يستدل الفلكيون، مثلما يستدل الأطباء بالنبض، على درجة حرارة النجم وكثافته وعمره. لكن تلسكوب «كيبلر» لاحظ أمرًا غريبًا: لدى العديد من النجوم التي تدور بسرعة وتغطيها البقع، لا يُسمع أي اهتزاز. وكأنها فقدت صوتها.

تضخم عملاق أحمر في كوكبة الدجاجة لدرجة أن طبقاته الخارجية تتدفق نحو جاره الصغير لكن الثقيل — القزم الأبيض. يدور الغاز حول القزم كما يدور الماء حول مصرف الحمام، ثم يسقط عليه. لكن في نظام الدجاجة CH، هذا التدفق ليس هادئًا: كل 682.5 ثانية، يتوهج إشعاع الأشعة السينية ثم يخفت. الأمر يشبه منارة تدور وترسل شعاعًا.

النجم النيوتروني 1E 161348-5055 في بقايا المستعر الأعظم RCW 103 ينبض بفترة تبلغ 6.67 ساعة. هذا بطيء جداً لمثل هذا الجسم المضغوط، ولم يتمكن علماء الفلك لفترة طويلة من فهم ما يحدث. افترضوا أن النجم ليس كرة مثالية، بل مفلطح قليلاً، وأن محور دورانه يتمايل ببطء، مثل قمة دوارة أُطلقت.

لمدة اثنتي عشرة سنة، ظل علماء الفلك على التلسكوب الراديوي LPA في بوشينو يستمعون إلى نفس المنطقة من السماء — الاتجاه نحو المجرّة 3C 33. خلال هذه الفترة، التقطوا ست إشارات راديوية قصيرة فقط، استمرت كل منها من دقيقة إلى أربع دقائق. تبيّن أن هذه الدفعات شديدة السطوع — وصل تدفقها إلى مئات اليانسكيات (وحدة سطوع المصدر الراديوي، مثل اللومن للمصباح، لكن لموجات الراديو).

النجم النابض هو نجم ميت يدور بسرعة جنونية ويُرسل نبضات راديوية مثل المنارة. عادةً، تأتي هذه النبضات بدقة منتظمة، لكن في بعض الأحيان تظهر بينها وحوش حقيقية — نبضات عملاقة أكثر سطوعًا بآلاف المرات من العادية. استمع علماء الفلك لمدة 174 ساعة إلى النجم النابض PSR J1227-4853 باستخدام تلسكوب راديوي عملاق في الهند. هذا النجم النابض مميز: فهو يتسارع تارة ويتباطأ تارة أخرى، منتقلًا من نمط إلى آخر.

ضوء الكوازار PS J2305+3714 يصل إلينا بعد رحلة تزيد عن أحد عشر مليار سنة. في طريقه، يمر بالقرب من مجرة ضخمة تعمل جاذبيتها على انحناء مساره، تمامًا كما تُحدث كرة ثقيلة تقوسًا في ملاءة مشدودة. في التلسكوب، لا نرى كوازارًا واحدًا بل صورتين له — وميضين هما في الحقيقة نفس الجسم البعيد.