أظهر الكمبيوتر العملاق التابع لناسا اللحظة التي سبقت اندماج النجوم النيوترونية: فيديو

استخدم العلماء حاسوبًا فائقًا تابعًا لوكالة ناسا لمحاكاة المللي ثانية الأخيرة قبل اندماج النجوم النيوترونية – وهي أجسام بحجم مدينة صغيرة ولكن بكتلة أكبر من كتلة الشمس. وأظهرت النماذج التفاعلات المعقدة للمجالات المغناطيسية والبلازما حول النجوم، وتنبأت بإشارات عالية الطاقة يمكن اكتشافها بواسطة التلسكوبات المستقبلية. يتم نشر النتائج في مجلة الفيزياء الفلكية.

الدوامات المغناطيسية والمنعطفات الأخيرة

“مباشرة قبل الاندماج، تكون النجوم النيوترونية محاطة بمناطق ممغنطة للغاية – مجالات مغناطيسية مليئة بالبلازما، والتي تبدأ في التفاعل بشكل مكثف.

يوضح ديميتريوس سكياثاس من جامعة باتراس، الذي يعمل في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا: “لقد درسنا المدارات النهائية قبل الاصطدام، عندما تتغير الخطوط المغناطيسية المتشابكة بسرعة، وقمنا بنمذجة الإشارات المحتملة عالية الطاقة”.

وتتشكل النجوم النيوترونية عندما تنهار النجوم الضخمة ويبلغ قطرها حوالي 24 كيلومترا، وتدور عشرات المرات في الثانية، ولها مجالات مغناطيسية أقوى بعشرات تريليونات المرات من مغناطيس الأرض. وفي ظل هذه الظروف، يمكن تحويل أشعة جاما مباشرة إلى إلكترونات وبوزيترونات وتسريعها إلى طاقات لا يمكن الوصول إليها على الأرض.

المحاكاة على الكمبيوتر العملاق

استخدم الفريق الكمبيوتر العملاق Pleiades في NASA Ames لتشغيل أكثر من 100 عملية محاكاة لنظام مكون من نجمين نيوترونيين تبلغ كتلتهما 1.4 كتلة شمسية. وقد قام معظمهم بمحاكاة آخر 7.7 مللي ثانية قبل الاندماج، مما يسمح بمراقبة سلوك المجالات المغناطيسية والبلازما بالتفصيل.

يقول كونستانتينوس كالابوتاراكوس من مركز جودارد التابع لناسا: “يتصرف الغلاف المغناطيسي كدائرة معقدة: خطوط المجال تتصل وتنقطع، وتتحرك التيارات بسرعة قريبة من سرعة الضوء، وتتسارع الجسيمات. ويتطلب تتبع هذه الديناميكيات حاسوبًا فائقًا”.

الإشارات المتوقعة

وقام الباحثون بحساب الأماكن التي يمكن إنتاج أشعة جاما عالية الطاقة وكيفية انتشارها. في البلازما، يتم تحويل بعض أشعة جاما ذات الطاقة الأعلى بسرعة إلى جزيئات، بينما يمكن للأشعة ذات الطاقة المنخفضة الهروب من النظام، مما يؤدي إلى إنشاء أشعة سينية وأشعة جاما يمكن ملاحظتها.

يقول زوراوار وادياسينغ من جامعة ماريلاند: “يعتمد الضوء القادم من النظام بشكل كبير على وجهة نظر الراصد واتجاه المجالات المغناطيسية للنجوم النيوترونية. وتصبح الإشارات أقوى مع اقترابها، وهو أمر مهم يجب أخذه في الاعتبار عند البحث عن إشعاع ما قبل الاندماج”.

الاتصال بموجات الجاذبية

تؤدي اندماجات النجوم النيوترونية إلى إنشاء انفجارات أشعة جاما وموجات الجاذبية وانفجارات كيلونوفا، والتي تشكل عناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين. ستساعد نتائج عمليات المحاكاة المراصد المستقبلية مثل LISA (وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا) على اكتشاف الأنظمة التي على وشك الاندماج مسبقًا وتوجيه التلسكوبات الأرضية والفضائية لدراسة الإشعاع قبل الاندماج.

يقول ديموسثينيس كازاناس من مرصد جودارد: “إن المراقبة الروتينية لموجات الضوء وموجات الجاذبية في وقت واحد ستوفر اختراقات في فهمنا لانفجارات أشعة جاما”.

معنى العمل

تظهر النماذج أن اللحظات الأخيرة من حياة النجوم النيوترونية مليئة بعمليات فوضوية ولكن يمكن التنبؤ بها، وأن الإشارات الكهرومغناطيسية الصادرة عن هذه اللحظات الأخيرة يمكن أن توفر أداة جديدة لمراقبة الكوارث الكونية.

وخلص الباحثون إلى أن “التلسكوبات الفضائية المستقبلية ومراصد موجات الجاذبية ستكون قادرة على اكتشاف مثل هذه الإشارات ودراسة كيفية توزيع الطاقة في الظروف الأكثر تطرفا للكون”.