“لم نتمكن من التغلب على هذا الوصف للجاذبية”: أخف زوج معروف من النجوم النيوترونية يثبت صحة أينشتاين مرة أخرى

تابعنا

أضفنا كمصدر مفضل على جوجل

النشرة الإخبارية

اشترك في النشرة الإخبارية لدينا

اكتشف علماء الفلك أخف زوج معروف من النجوم النيوترونية، وهما بقايا نجمية فائقة الكثافة تدور حول بعضها البعض كل ساعتين و22 دقيقة، وتنحرف نحو الاصطدام الحتمي بعد حوالي 82 مليون سنة من الآن. ومن خلال توقيت نبضات الراديو من أحد النجوم، اكتشف الباحثون ثلاثة تأثيرات خفية تنبأ بها ألبرت أينشتاينالنظرية النسبية العامة ووجدت أن النظرية تصف حركة الزوج في حدود 1% تقريبًا — إثبات حق الفيزيائي البصير مرة أخرى.

نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 15 سبتمبر في المجلة رسائل المراجعة البدنية.

عدد قليل جدًا من النجوم النابضة يدور حول نجم نيوتروني آخر. “لا يوجد سوى 30 نظامًا من هذه الأنظمة النجمية النيوترونية المزدوجة، وتكون التأثيرات النسبية قوية جدًا إذا كانت في مدارات مدمجة”، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة. جين لين هانصرح عالم الفلك في المراصد الفلكية الوطنية التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم لموقع Live Science عبر البريد الإلكتروني.

أول زوج من هذا النوع، تم اكتشافه في عام 1974 والمعروف باسم ثنائي هولس-تايلور، قدم أول دليل على وجود موجات الجاذبية، وهي تموجات في الزمكان تنبأ بها أينشتاين. تحمل مثل هذه الموجات الطاقة بعيدًا عن الزوج المداري، لذا يجب أن يتقلص مدارها تدريجيًا، وينكمش مدار هولس-تايلور بالمعدل الذي تنبأت به نظرية أينشتاين.

قد ترغب

وفي وقت لاحق، وصل “النجم النابض المزدوج”، الذي يكمل مداره كل 2.45 ساعة، إلى المعدل المتوقع بحوالي 0.01%. وفي نهاية المطاف، يجبر هذا الانكماش هذه الأزواج على الاندماج، مما يطلق العنان لموجات الجاذبية مثل تلك الموجودة في مرصد موجات الجاذبية بمقياس التداخل الليزري ومقياس تداخل العذراء. التقطت في عام 2017.

يقع النظام الجديد، المسمى PSR J1856-0039، على بعد حوالي 4200 إلى 6500 سنة ضوئية من الأرض. وفي عام 2020، ظهر ذلك في استطلاع لـ درب التبانةالقرص بواسطة الصين‘s تلسكوب راديوي كروي بفتحة خمسمائة متر (FAST)، أكبر تلسكوب راديوي أحادي الطبق في العالم.

احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.

وقال هان عن عمل فريقه: “لقد اكتشفنا حوالي 900 نجم نابض”. “وبعد بعض الملاحظات اللاحقة، أصبحت هذه الملاحظة غير عادية للغاية.”

ويدور النجم النابض حوالي 43 مرة في الثانية، ويفصل بين النجمين ضعف المسافة بين الأرض والقمر. وقال هان إن “الميزة الأكثر جاذبية” هي الفترة المدارية القصيرة التي تبلغ حوالي 2.36 ساعة. “هذا هو ثاني أقصر نجم، ويجب أن يُظهر تأثيرات نسبية أقوى من النجم النابض المزدوج الشهير ونظام هولس-تايلور.”

ورصد الفريق الزوج باستخدام FAST 17 مرة بين عامي 2020 و2025، وفي بعض الأحيان كانت فترة كافية لتغطية مدار كامل. قام الباحثون بقياس أوقات وصول نبضات النظام ثم قاموا بمطابقة تلك البيانات مع النماذج المدارية التي تفسر التأثيرات النسبية، مثل التغييرات الطفيفة في أوقات وصول النبضات إلى أجزاء مختلفة من مدارات النجوم.

ماذا تقرأ بعد ذلك

وقال هان: “مع وجود العديد من القياسات التي أجراها FAST ، والتي سيكون من الصعب مطابقتها بدقة مع التلسكوبات الأخرى، لم نحصل فقط على المعلمات الأساسية للنجم النابض ومداره، ولكن أيضًا على ثلاثة تأثيرات نسبية”.

أولاً، يتقلص المدار عندما تشع النجوم موجات الجاذبية، مما يجعلها أقرب بحوالي 9 أقدام (2.7 متر) كل عام. ثانيًا، يدور المدار البيضاوي ببطء بمقدار 17.6 درجة سنويًا، أي أسرع بنحو 150 ألف مرة من الانجراف النسبي لمدار عطارد. ثالثا، لأن كليهما جاذبية وبسرعة زمنية بطيئة، تعمل ساعة النجم النابض بوتيرة متفاوتة على طول المدار البيضاوي، مما يؤدي إلى تغيير نبضاتها بما يصل إلى نصف مللي ثانية تقريبًا.

وأوضح هان: “من هذه القياسات، حددنا كتلة النجم النابض والكتلة المرافقة”. “إن الكتلة الإجمالية هي الأدنى بين جميع أنظمة النجوم النيوترونية المزدوجة المعروفة.” يزن النجم النابض حوالي 1.3 مرة الشمسويبلغ وزن رفيقه 1.19 كتلة شمسية فقط، وهو أحد النجوم النيوترونية الأقل كتلةً المعروفة. تشير عمليات المحاكاة إلى أن المستعرات الأعظم لا يمكنها تكوين نجوم نيوترونية أخف بكثير من ذلك.

وستندمج النجوم في حوالي 82 مليون سنة. من المحتمل أن يترك هذا الاندماج وراءه نجمًا نيوترونيًا أثقل تبلغ كتلته حوالي 2.26 كتلة شمسية، على الرغم من أن البقية يمكن أن تنهار بدلاً من ذلك إلى نجم نيوتروني أثقل يبلغ حوالي 2.26 كتلة شمسية. الثقب الأسود، ويقدر الباحثون.

أي اثنين من التأثيرات الثلاثة يكفيان لحساب كتلتي النجمين. أما الثالث فهو بمثابة فحص مستقل، لأنه إذا كان عاما النسبية هذا صحيح، يجب أن تشير الثلاثة جميعًا إلى نفس الكتل – وهم يفعلون ذلك.

وقال هان: “وجدنا أن النسبية العامة ضرورية لشرح البيانات، وأن الاتساق يبلغ حوالي 1%”. يعد اختبار النجم النابض المزدوج أكثر دقة، لكنه يعتمد على بيانات 16 عامًا، مقارنة بحوالي خمسة للزوج الجديد. وأضاف هان: “لسوء الحظ، لم نتمكن من التغلب على هذا الوصف للجاذبية“، في إشارة إلى أمل الفيزيائيين في العثور على شقوق في نظرية أينشتاين قد تكشف عن فيزياء جديدة.

بعد ذلك، يأمل الفريق في اكتشاف “سحب الإطار”، وهو التأثير الذي تؤدي فيه كتلة دوارة إلى التفاف الزمكان حولها، مما يجعل المدارات القريبة تتمايل. وقال هان: “في المستقبل، سنراقب هذا النجم النابض، ربما على مدى عقود، للكشف عن سحب الإطار الناجم عن دوران النجم النيوتروني”.

ومن شأن قياس التأثير أن يكشف عن عزم القصور الذاتي للنجم النابض، والذي يعتمد على كيفية انتشار كتلته في الداخل. وقال هان إن ذلك من شأنه أن يوفر “قيدًا جديدًا” حول كيفية تصرف المادة عند الكثافات الساحقة في نوى النجوم النيوترونية، وهو أحد أكبر الأسئلة المفتوحة في الفيزياء.

Yang, ZL, Han, JL, Su, WQ, Wang, PF, Wang, C., Wang, T., Zhou, DJ, Yan, Y., Xu, J., Jing, WC, Cai, NN, Xu, RX, Wang, HG, & You, XP (2026). التأثيرات النسبية لنظام النجم النيوتروني المزدوج PSR J1856–0039 في مدار مضغوط مدته 2.36 ساعة. رسائل المراجعة البدنية, 137(12)، 121401. https://doi.org/10.1103/hmjp-htd1

تعرف على مقدار ما تعرفه عن الثقوب السوداء من خلال موقعنا مسابقة الثقب الأسود!