قوة تلسكوب رومان في كشف نجوم النيوترون المخفية

يقف علماء الفلك على أعتاب اكتشاف ثوري قد يعيد تشكيل فهمنا للكون. تظهر دراسة جديدة أن Nancy Grace Roman Space Telescope التابعة لناسا قد يكون قادراً على كشف نجوم النيوترون الغامضة، وهي بقايا خفية لنجوم هائلة انفجرت. هذه الأجسام الكونية، التي تكون عادة غير مرئية لمعظم التلسكوبات، يمكن كشفها باستخدام التكبير الدقيق الثقالي، وهو ظاهرة يتميز تلسكوب رومان بتجهيزه الفريد لدراستها.

قوة التكبير الدقيق الثقالي

نجوم النيوترون هي بقايا نجوم كثيفة للغاية ناتجة عن انفجارات سوبرنوفا. تحتوي على كتلة أكبر من كتلة الشمس في كرة لا تتجاوز حجم مدينة، لكنها تبقى غالباً غير قابلة للكشف بسبب ضعف إشعاعها وعزلتها في اتساع الفضاء. “معظم نجوم النيوترون باهتة نسبياً ومعزولة”， شرحت Zofia Kaczmarek، باحثة في جامعة هايدلبرغ في ألمانيا، التي قادت الدراسة. “إنها صعبة للغاية الكشف عنها دون مساعدة ما.”

تنص الدراسة، التي نُشرت في Astronomy and Astrophysics، على أن تلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي التابع لناسا يمكن أن يغير ذلك. يعتمد تلسكوب رومان نهجاً مبتكراً يُعرف بالتكبير الدقيق الثقالي، مما يسمح له باكتشاف هذه الأجسام الخافتة من خلال قياس كيفية انحناء جاذبيتها الشديدة لضوء النجوم البعيدة خلفها وزيادة سطوعه.

يحدث التكبير الدقيق الثقالي عندما يمر جسم هائل، مثل نجم نيوترون، بين الأرض ونجم بعيد، مما يشوه ضوء النجم. يسمح هذا الزيادة المؤقتة في السطوع لعلماء الفلك باكتشاف أجسام كانت ستظل مخفية. تمكن القدرات المتقدمة لرومان من قياس زيادة السطوع (الكيماوية الضوئية) والانزياح الدقيق في موضع النجم الخلفي (فلك المواقع). يوفر دمج هذه القياسات طريقة أدق لتحديد ودراسة نجوم النيوترون. للمزيد عن قدرات رومان، انظر STScI's Roman mission page.

رؤى جديدة حول بقايا النجوم

قدرة تلسكوب رومان الفضائي على ملاحظة التكبير الدقيق بدقة لا مثيل لها لديها الإمكانية ليس فقط كشف نجوم النيوترون، بل أيضاً تقديم بيانات هامة حول كتلتها. “ما هو رائع حقاً في استخدام التكبير الدقيق هو أنك تستطيع الحصول على قياسات كتلة مباشرة”， قال Peter McGill، المؤلف المشارك في الدراسة من Lawrence Livermore National Laboratory. “الكيماوية الضوئية تخبرنا أن شيئاً مر أمام النجم، لكن المقدار الذي ينحرف به موضع النجم هو الذي يخبرنا بمدى كتلة ذلك الجسم.”

وفقاً لـ NASA، يمكن لهذه الطريقة الجديدة لقياس الكتلة أن تساعد في حل عدة ألغاز طويلة الأمد في علم الفيزياء الفلكية. على سبيل المثال، لا يعرف العلماء حالياً توزيع كتل نجوم النيوترون والثقوب السوداء، ولا الحدود بين الجسمين. قد تكون نتائج رومان اختراقاً في تحديد كيفية اختلاف هذه البقايا النجمية في الحجم والوزن، وكيفية انتقال نجوم النيوترون عبر المجرة بسرعة بعد تلقيها ‘ركلات’ قوية أثناء تشكلها.

“لا نعرف توزيع كتل نجوم النيوترون أو الثقوب السوداء، أو أين ينتهي أحدهما ويبدأ الآخر بأي يقين. سيكون رومان اختراقاً حقيقياً في ذلك.”

Peter McGill, Lawrence Livermore National Laboratory, via NASA

مسح واسع لسكان مخفيين

سيستفيد فريق البحث من Galactic Bulge Time Domain Survey الخاص برومان، وهو مشروع ملاحظة هائل سيمسح ملايين النجوم عبر مناطق واسعة من السماء بترددات عالية. يهدف المسح بشكل أساسي إلى تحديد الكواكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام التكبير الدقيق الكيماوي الضوئي، لكن القدرة الجديدة على قياس التكبير الدقيق الفلكي المواقعي تفتح أماماً جديداً كلياً في البحث الفيزيائي الفلكي.

تجعل قدرة التلسكوب على ملاحظة منطقة واسعة من السماء اكتشاف نجوم نيوترون معزولة قد تكون مبعثرة عبر درب التبانة أمراً ممكناً، وهي سكان كانت دراستها شبه مستحيلة حتى الآن. “نحن نرى عينة صغيرة غير ممثلة للصورة الكبيرة”， قالت كاتسماريك. “حتى قياس كتلة واحدة سيكون قوياً جداً. إذا وجدنا نجماً نيوترونياً معزولاً واحداً فقط، فسيكون ذلك محفزاً للغاية لبحثنا.”

قدرة رومان على تحديد هذه الأجسام يمكن أن توفر لعلماء الفلك أول عينة كبيرة من نجوم النيوترون المعزولة، مما يساعد في إلقاء الضوء على سكان ظل مخفياً عن المسوحات السابقة.

فصل جديد في التكبير الدقيق واكتشافات كونية

يسمح مزيج رومان الفريد من القدرات الكيماوية الضوئية والفلكية المواقعية بمتابعة هدف علمي واحد ليس فحسب، بل العديد. لاحظ ماكغيل أن القدرة على كشف نجوم النيوترون والثقوب السوداء من خلال التكبير الدقيق لم تكن جزءاً من تصميم رومان الأصلي، لكنها تحولت إلى إحدى تطبيقاته الأكثر إثارة. “لم يكن هذا جزءاً من الخطة الأصلية”， قال. “لكن يتبين أن قدرة رومان الفلكية المواقعية جيدة جداً في كشف نجوم النيوترون والثقوب السوداء، لذا يمكننا إضافة نوع علمي جديد كلياً إلى مسوحات رومان.”

يمكن للاكتشافات المتوقعة أن تحول فهمنا للكون. من خلال كشف نجوم النيوترون المخفية سابقاً، سيفتح رومان فصلاً جديداً في دراسة بقايا النجوم وديناميكيات مجرتنا. بهذه التكنولوجيا، تكون ناسا على وشك كشف سكان من الأجسام فقدتهم العلماء لعقود.

المراجع:

• NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope
• Heidelberg University (Zofia Kaczmarek)
• Astronomy and Astrophysics journal
• STScI Roman Mission
• Lawrence Livermore National Laboratory
• DOE Lawrence Livermore National Laboratory
• NASA Astrophysics - Black Holes
• NASA: Roman Poised to Transform Hunt for Neutron Stars
• NASA Roman Science Goals - Galactic Bulge Survey