اكتشاف طريقة لمحاكاة بدايات الانفجارات الراديوية السريعة

ولسنوات، كان العلماء في حيرة بشأن ما يمكن أن يسبب هذه الانفجارات القصيرة، التي تم اكتشافها في المجرات التي تبعد ملايين إلى مليارات السنين الضوئية. وبعد ذلك، في أبريل 2020، وقع وميض قصير وقوي من موجات الراديو من شيء داخل مجرة ​​درب التبانة - نجم مغناطيسي.

ويشير هذا إلى أن بعض الدفقات الراديوية السريعة على الأقل تنتج عن هذه النجوم الميتة الممغنطة للغاية. والآن، ابتكر الفيزيائيون طريقة لتكرار ما نعتقد أنه يحدث في المختبر في المراحل الأولى من هذه الانفجارات المجنونة، وفقا لنظرية الديناميكا الكهربائية الكمية (QED).

ويقول الفيزيائي كينان كو، من جامعة برينستون: "إن محاكاتنا المختبرية هي نظير صغير الحجم لبيئة مغناطيسية. وهذا يسمح لنا بتحليل البلازما زوج QED".

ويعد النجم المغناطيسي نوعا من النجوم الميتة يسمى النجم النيوتروني. وعندما يصل نجم ضخم إلى نهاية عمره، فإنه ينفجر من مادته الخارجية، وينهار قلبه، الذي لم يعد مدعوما بالضغط الخارجي للاندماج النووي، تحت جاذبيته ليشكل جسما شديد الكثافة مع مجال مغناطيسي قوي.

وتمتلك بعض النجوم النيوترونية مجالا مغناطيسيا أكثر قوة. وهذا نجم مغناطيسي. ولا نعرف كيف تحصل على هذا النحو، لكن مجالاتها المغناطيسية أقوى بنحو 1000 مرة من تلك الموجودة في النجوم النيوترونية العادية، وأقوى بما يقرب من كوادريليون مرة من مجالات الأرض.

ويعتقد العلماء أن الانفجارات الراديوية السريعة هي نتيجة للتوتر بين المجال المغناطيسي، وهي قوية جدا لدرجة أنها تشوه شكل النجم المغناطيسي والضغط الداخلي للجاذبية.

إقرأ المزيد

روسيا..علماء الفيزياء يكتشفون طريقة لإبطاء الضوء ملايين المرات

ويُعتقد أيضا أن المجال المغناطيسي مسؤول عن تحويل المادة الموجودة في الفضاء حول المغناطيس إلى بلازما تتكون من أزواج من المادة والمادة المضادة. وتتكون هذه الأزواج من إلكترون سالب الشحنة وبوزيترون موجب الشحنة، ويُعتقد أنها تلعب دورا في انبعاث الاندفاعات الراديوية السريعة النادرة التي تتكرر.

وتسمى بالبلازما الزوجية، وهي مختلفة تماما عن معظم البلازما الموجودة في الكون. وتتكون البلازما الطبيعية من إلكترونات وأيونات أثقل. ويوجد لأزواج المادة والمادة المضادة في زوج البلازما، كتلا متساوية وتتشكل تلقائيا وتفني بعضها البعض. ويختلف السلوك الجماعي للبلازما بشكل كبير عن سلوك البلازما العادي.

ونظرا لأن قوة المجالات المغناطيسية المعنية شديدة جدا، فقد ابتكر كو وزملاؤه طريقة لإنشاء زوج من البلازما في المختبر عبر وسائل أخرى.

ويوضح كو: "بدلا من محاكاة مجال مغناطيسي قوي، نستخدم ليزرا قويا. إنه يحول الطاقة إلى بلازما زوجية من خلال ما يسمى شلالات QED. وتقوم البلازما الزوجية بعد ذلك بتحويل نبضة الليزر إلى تردد أعلى. وتوضح النتيجة المثيرة احتمالات إنشاء ومراقبة بلازما زوج QED في المختبرات وتمكين التجارب من التحقق من النظريات حول سرعة انفجارات الراديو".

وتتضمن هذه التقنية توليد شعاع إلكتروني عالي السرعة، ينتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء. ويتم إطلاق ليزر قوي بشكل معتدل على هذا الشعاع، ويؤدي الاصطدام الناتج إلى تكوين بلازما زوجية.

وعلاوة على ذلك، فإنه يبطئ البلازما الناتجة. ويمكن أن يحل هذا إحدى المشكلات التي عثر عليها في التجارب السابقة لإنشاء بلازما زوجية.

ويقول الفيزيائي نات فيش، من جامعة برينستون: "نعتقد أننا نعرف القوانين التي تحكم سلوكها الجماعي. ولكن إلى أن ننتج بالفعل زوجا من البلازما في المختبر يعرض ظواهر جماعية يمكننا استكشافها، لا يمكننا التأكد تماما من ذلك. والمشكلة هي أن السلوك الجماعي في البلازما الزوجية يصعب ملاحظته. وبالتالي، كانت الخطوة الرئيسية بالنسبة لنا هي التفكير في هذا على أنه مشكلة مشتركة للإنتاج والمراقبة".

ويستعد الفريق حاليا لاختبار أفكارهم من خلال سلسلة من التجارب في مختبر المسرع الوطني SLAC. ويأملون أن يساعدهم هذا في تعلم كيفية توليد النجوم المغناطيسية للبلازما الزوجية، وكيف يمكن أن ينتج عن هذين الزوجين من البلازما انفجارات راديوية سريعة، وتحديد أي فيزياء غير معروفة سابقا قد تكون متورطة.

ونُشرت ورقة الفريق البحثية في مجلة فيزياء البلازما.

المصدر: ساينس ألرت