نجم نابض يفضح رفيقًا غير مرئي

الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية التي لا تبتلع المادة تكاد تكون مستحيلة الرؤية مباشرة. وإحدى طرق العثور عليها مراقبة النجم المرئي الذي تدور معه. وتشير الورقة إلى أن الفلكيين وجدوا بهذه الطريقة عددًا متزايدًا من المرشحين «الخاملين»، وأن نطاق الكتل بين أثقل النجوم النيوترونية وأخف الثقوب السوداء لا يزال قليل الرصد.

ويقدّم TIC 160582982 طريقًا غير مألوف: فالنجم نفسه ساعة.

نجم يضبط الوقت

TIC 160582982 نجم من نوع دلتا الدرع (δ Scuti): نجم حار من النوع A، سريع الدوران، يهتز في أنماط ضغط كثيرة في آن واحد. وحلّل فريق بقيادة تشينغلونغ لو (Chenglong Lv)، من مرصد شينجيانغ الفلكي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ومعهد الفيزياء الفلكية في الأندلس في غرناطة، نحو 352 يومًا من قياسات التلسكوب الفضائي TESS، واستخرج 128 ترددًا من ضوئه المتذبذب.

حين يدور نجم كهذا مع رفيق، يكون أحيانًا أبعد عنا قليلًا، وأحيانًا أقرب قليلًا. فيستغرق ضوؤه وقتًا أطول ثم أقصر ليصل — فتبدو النبضات وكأنها تتقدم وتتأخر في دورة منتظمة. وقياس هذا الانجراف يرسم المدار. ويُسمّى ذلك تعديل الطور.

مدار من 89 يومًا مع رفيق ثقيل

ستة نبضات مستقرة، مستخدَمة معًا كساعات، تعطي جوابًا متسقًا:

• الدور المداري: 89.29 ± 0.19 يومًا، على مدار مستطيل جدًا (اختلاف مركزي 0.54).
• الحجم المُسقَط لمدار النجم المرئي (نصف محوره الأكبر) نحو 146 ثانية ضوئية، أي 0.29 وحدة فلكية.
• و«دالة الكتلة» الناتجة، وهي تركيبة من الكتلتين، تبلغ 0.416 كتلة شمسية — وهي كبيرة لنجم من هذا النوع.

وتعطي طريقة ثانية مستقلة، تعتمد على القمم الجانبية التي يُحدثها المدار حول أقوى نبضتين، المدار نفسه: 89.36 يومًا.

تبلغ كتلة النجم المرئي نحو 1.93 كتلة شمسية، ويقع على بعد نحو 263 فرسخًا فلكيًا، ويسطع بقدر 37.6 مرة سطوع الشمس. ومع المدار، يعني هذا أن كتلة الرفيق نحو 1.8 كتلة شمسية على الأقل — وهو الحد الأدنى، الذي يتحقق إذا رأينا المدار من حافته تمامًا. ولو كان الرفيق نجمًا عاديًا، لكان أفضل تقدير نحو 2.2 كتلة شمسية.

الضوء المفقود

ينبغي أن يسهل رصد نجم عادي بهذه الكتلة. وقد حسب الفريق مقدار الضوء الذي سيضيفه: لرفيق كتلته من 1.70 إلى 1.86 كتلة شمسية، نحو 18 إلى 26% من ضوء النظام في النطاقين المرئي وتحت الأحمر؛ وعند 2.3 كتلة شمسية، نحو 43%.

لكن ضوء النظام، المقيس من المرئي حتى تحت الأحمر المتوسط، يتطابق تمامًا مع نجم واحد من النوع A، بلا أي فائض تحت أحمر. ولا تُظهر الأطياف الأرشيفية أيضًا مجموعة ثانية واضحة من الخطوط، وإن كان دوران النجم السريع يطمس خطوطه. لذلك فإن رفيقًا منفردًا عاديًا «مستبعد بقوة»، كما يكتب المؤلفون.

يبقى مشتبه بهما

يبقى تفسيران، ولا تستطيع البيانات الحالية التمييز بينهما:

1. زوج مخفي. قد يكون الرفيق نفسه زوجًا متقاربًا من النجوم، مثلًا نجمين كتلة كل منهما نحو 0.9 كتلة شمسية. معًا سيوفران الكتلة المطلوبة، مع إضافة نحو 4% فقط من الضوء المرئي و8 إلى 9% في تحت الأحمر.
2. نجم ميت. بقايا مدمجة — نجم نيوتروني أو حتى ثقب أسود ذو كتلة نجمية — لن تضيف إلا القليل من الضوء أو لا شيء.

ورصد الفريق أيضًا إشارة أبطأ، تتكرر كل 0.544 يوم، وترتفع شدتها وتنخفض مع المدار، وتبلغ ذروتها قرب أقرب اقتراب بين الجسمين. قد تكون نبضة مضطربة بفعل المدّ الناتج عن المدار اللامركزي، لكن المؤلفين يصنفونها مرشحة فقط.

أطياف على مدار كامل

الاختبار الحاسم هو التحليل الطيفي: أطياف عالية الدقة تُلتقط مرارًا على مدار كامل من 89 يومًا ستتحقق من المدار بشكل مستقل، وتبحث عن خطوط خافتة تتحرك مع رفيق أو مع نجمَي زوج مخفي. ويمكن لقياسات مستقبلية من مرصد غايا (Gaia) الفضائي، الذي ينبغي أن يرى النجم يتمايل بنحو جزء من ألف من الثانية القوسية، أن تحدد ميل المدار والكتلة الكلية للرفيق.

ووفقًا لصفحة arXiv، قُبلت الورقة في مجلة The Astrophysical Journal؛ والنسخة المقروءة هنا هي مخطوطة المؤلفين.