حين يقترن نجم نيوتروني بنجم مانح بالحجم المناسب وعلى مسافة مناسبة منه، فمن الممكن أن ينتج عن هذا الاقتران ألعاب نارية رائعة هناك في الفضاء البعيد، تؤدي نجوم – لم يكن إسحاق نيوتن ليتخيلها – رقصةً جميلة، فيما تخضع تماما لقوانين الميكانيكا الكلاسيكية التي يتسنى لأي طالب جامعي دارس للعلوم أن يدركها.

ولاستيعاب الأمر على نحو أفضل دعنا نبدأ بالقرب من موطننا؛ تُشكل الأرض والقمر نظامًا ثنائيا. إذا رسمت خطا يمتد من مركز الأرض إلى مركز القمر، فستوجد نقطة على هذا الخط تكون عندها شدة الجاذبية باتجاه القمر مساوية لشدة الجاذبية باتجاه الأرض، ولكن معاكسة لها في الاتجاه. فإذا كنتَ واقفًا عند هذه النقطة، فإن محصلة القوى المؤثرة عليك ستساوي صفرًا. أما إذا كنت تقف على أحد جانبي تلك النقطة، فستقع على سطح الأرض، فيما ستسقط على سطح القمر إذا كنت واقفًا على الجانب الآخر من تلك النقطة. ونطلق على هذه النقطة نقطة لاجرانج الداخلية بالطبع، تقع تلك النقطة على مقربة من القمر، وذلك لأن كتلة القمر أقل بحوالي ثمانين مرة من كتلة الأرض.

دعنا الآن نعود إلى ثنائيات الأشعة السينية المكوَّنة من نجم نيوتروني متنام ونجم مانح أكبر حجمًا بكثير. إذا كان الجرمان قريبان جدًّا أحدهما من الآخر، فقد تقع نقطة لاجرانج الداخلية تحت سطح النجم المانح. فإذا كان الأمر كذلك، فستتأثر بعض من مادة النجم المانح بقوة جاذبية باتجاه النجم النيوتروني أشد من قوة الجاذبية باتجاه مركز النجم المانح. ونتيجة لذلك، تتدفق المادة – غاز الهيدروجين الملتهب – من النجم المانح إلى النجم النيوتروني.

وبالنظر إلى أن النجمين يدوران حول مركز كتلتيهما المشترك، فإن المادة لا يمكن أن تسقط مباشرةً باتجاه النجم النيوتروني؛ لكن قبل وصولها إلى السطح، تسقط المادة في مدار حول النجم النيوتروني، مكونةً قرضا دوارًا من الغاز الملتهب، نطلق عليه قرص التراكم وفي النهاية، يشق بعض الغاز في الحلقة الداخلية من القرص طريقه إلى سطح النجم النيوتروني.

وهنا ينطوي الأمر على جانب فيزيائي. بالنظر إلى أن الغاز يكون ملتهبا، فهذا يعني أنه متأين، أي تكون من بروتونات موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة. إلا أنه بالنظر إلى أن المجالات المغناطيسية للنجوم النيوترونية شديدة القوة، فإن تلك الجسيمات تتبع إجباريا مسارات المجال المغناطيسي للنجم، ومن ثم ينتهي المطاف بمعظم هذه الجسيمات إلى القطبين المغناطيسيين للنجم النيوتروني، مثل الشفق القطبي على الأرض. وهكذا، ترتفع درجة حرارة القطبين المغناطيسيين للنجم النيوتروني (حيث تصطدم المادة بالنجم النيوتروني) لتبلغ ملايين الدرجات بمقياس كلفن، فتنبعث منها الأشعة السينية. وحيث إن القطبين المغناطيسيين لا يتوافقان بصفة عامة مع قطبي محور الدوران، فإننا هنا على الأرض لا نستقبل كميات كبيرة من دفق الأشعة السينية إلا عند مواجهة بقعة مرتفعة الحرارة من النجم لكوكب الأرض. وبما أن النجم النيوتروني يدور، فإنه يظهر لنا وكأنه ينبض.

إن لكل ثنائي أشعة سينية قرص تراكم يدور حول النجم المتنامي، سواء أكان نجمًا نيوترونيا، أم قزما أبيض، أم ثقبًا أسود كما في حالة 1–Cyg X. وأقراص التراكم هي واحدة من أكثر الأجرام غرابةً في الكون، وغالبًا لم يسمع عنها إلا علماء الفلك المحترفون.

وتحيط أقراص التراكم بكل ثنائيات الأشعة السينية التي يكون الجرم المتنامي فيها ثقبا أسود. بل تدور أقراص التراكم حول الثقوب السوداء الدوارة فائقة الضخامة الموجودة في مركز كثير من المجرات، وإن لم يكن هناك قرص تراكم، كما ثبت لنا، حول الثقب الأسود فائق الضخامة في مركز مجرتنا.

وتشكل دراسة أقراص التراكم اليوم فرعًا كاملا من الفيزياء الفلكية. وما زال كثير مما يتعلق بأقراص التراكم خافيًا علينا. ومن ضمن أكثر المشكلات تسببا في الإحراج لنا أننا لا نفهم جيدًا بعد الكيفية التي تشق بها المادة في قرص التراكم طريقها إلى الجرم المضغوط. بالإضافة إلى ذلك، من ضمن المعضلات الأخرى، عدم فهمنا لحالات الاضطراب في أقراص التراكم، والتي ينتج عنها تغير في تدفق المادة إلى الجرم المضغوط، وتغير في لمعان الأشعة السينية.

تبلغ المادة التي ينقلها النجم المانح إلى النجم النيوتروني المتنامي 10¹⁸ جرامات لكل ثانية. وقد يبدو هذا المقدار كبيرًا، لكن حتى بهذا المعدل يستغرق الأمر مائتي عام لنقل كمية من المادة تعادل كتلة الأرض إلى النجم النيوتروني المتنامي. تتدفق المادة من القرص إلى الجرم المتنامي بفعل مجال جاذبيته الشديد مما يزيد من سرعة الغاز إلى حد هائل لما يتراوح بين ثلث إلى نصف سرعة الضوء تقريبًا. وتتحول طاقة وضع الجاذبية التي تطلقها هذه المادة إلى طاقة حركة (حوالي 10³⁰×5 واط) وترتفع درجة حرارة غاز الهيدروجين المتسارع لملايين الدرجات.

وكما تعلم عند ارتفاع درجة حرارة المادة فإنها تطلق إشعاع الجسم الأسود. وكلما ارتفعت الحرارة زاد الإشعاع نشاطا، وتقل الأطوال الموجية وتزيد الترددات. وعند وصول درجة حرارة المادة إلى ما يتراوح بين 10 إلى 100 مليون كلفن، يكون معظم الإشعاع الذي تطلقه أشعة سينية. غالبا ما تكون جُل الطاقة المنبعثة التي تبلغ 10³⁰×5 واط في صورة أشعة سينية؛ قس ذلك بإجمالي لمعان الشمس (10²⁶×4 واط) والتي يكون 10²⁰ واط فقط منها في صورة أشعة سينية. إن درجة حرارة سطح الشمس تُعد بمثابة مكعب ثلج بالمقارنة.

إن النجوم النيوترونية في حد ذاتها أصغر كثيرًا من أن تُرى بصريا – إلا أن بإمكاننا رؤية النجم المانح الذي يكون أكبر حجمًا بكثير وكذلك أقراص التراكم، بالتلسكوبات البصرية. فأقراص التراكم يمكن أن تشع مقدارًا متوسطا من الضوء وذلك بفضل عملية تُعرف بالتسخين بالأشعة السينية؛ فعند ارتطام المادة المتدفقة من القرص بسطح النجم النيوتروني، تنطلق الأشعة السينية في كل الاتجاهات، وهكذا ترتطم كذلك بالقرص نفسه، مما يرفع درجة حرارة القرص إلى درجات حرارة أعلى.

لقد حل اكتشاف ثنائيات الأشعة السينية أول لغز للأشعة السينية المنبعثة من خارج المجموعة الشمسية واليوم ندرك السبب وراء زيادة لمعان الأشعة السينية لمصدر مثل Sco X–1 عشرة آلاف مرة عن لمعانه البصري. تنبعث الأشعة السينية من النجم النيوتروني شديد الحرارة (الذي تصل درجة حرارته إلى عشرات الملايين على مقياس كلفن)، فيما يصدر الضوء المرئي من النجم المانح وقرص التراكم الأقل حرارة إلى حد بعيد.

ظننا أننا حين صرنا ندرك جيدا كيفية عمل ثنائيات الأشعة السينية، كانت الطبيعة تخبئ لنا مفاجأة جديدة. وشرع علماء فلك الأشعة السينية في التوصل لاكتشافات رصدية تتجاوز النماذج النظرية. وفي عام 1975 توصلتُ إلى اكتشاف غريب بلغتُ به ذروة مساري المهني العلمي؛ فقد صرتُ منغمسًا تمامًا في جهود رصد تلك الظواهر الرائعة والغامضة، التي تعرف بانفجارات الأشعة السينية، ودراستها وتفسيرها.

تتضمن قصتي مع انفجارات الأشعة السينية جزءًا يتعلق بمعركة خضتها في مواجهة علماء روس أساءوا تماما تفسير البيانات التي حصلوا عليها، وكذلك في مواجهة بعض من زملائي في هارفارد الذين كانوا يعتقدون أن انفجارات الأشعة السينية تنبعث من الثقوب السوداء العملاقة (يا للثقوب السوداء البائسة، إنها تتلقى اللوم عن أشياء كثيرة). صدق أو لا تصدق، لقد دعيتُ أكثر من مرة لئلا أنشر بعضا من البيانات التي حصلت عليها بخصوص تلك الانفجارات لأسباب تتعلق بالأمن القومي.

مواضيع ذات صلة

The dipole radiator

Radiation

Electromagnetism

انفجار الأشعة السينية المنبعثة من 1–Sco X

أستاذ المناطيد (مناطيد استكشاف الاشعة السينية)

استعادة التلسكوب الخاص باستكشاف الاشعة السينية من وسط الصحراء: جاك صائد حيوانات الكنغر

التحليق عاليا المناطيد.. وكواشف الأشعة السينية.. وعملية الإطلاق

مطاردة الأشعة السينية بالمناطيد.. البداية

ما هي الأشعة السينية؟

أشعة سينية من الفضاء الخارجي

إنجاز ماكسويل العظيم

الكهرومغناطيسية تمد يد العون