رسم توضيحي يصور إحدى المركبات الفضائية التوأم فوييجر التابعة لناسا. دخل كل من فويجرز الفضاء بين النجوم ، أو الفضاء خارج الغلاف الشمسي لشمسنا. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
بينما تقوم فوييجر 1 التابعة لناسا باستطلاع الفضاء بين النجوم ، فإن قياسات كثافتها تصنع موجات
في مجموعة الذرات المتناثرة التي تملأ الفضاء بين النجوم ، قاس فوييجر 1 سلسلة طويلة الأمد من الموجات حيث اكتشفت سابقًا فقط انفجارات متفرقة.
حتى وقت قريب ، كانت كل مركبة فضائية في التاريخ قد أجرت جميع قياساتها داخل غلافنا الشمسي ، الفقاعة المغناطيسية التي تضخمها شمسنا. ولكن في 25 آب (أغسطس) 2012 ، وكالة ناساغيّرت فوييجر 1 ذلك. أثناء عبوره حدود الغلاف الشمسي ، أصبح أول جسم من صنع الإنسان يدخل - ويقيس - الفضاء بين النجوم. الآن بعد ثماني سنوات من رحلتها بين النجوم ، أدى الاستماع عن كثب لبيانات فوييجر 1 إلى ظهور رؤى جديدة حول شكل تلك الحدود.
إذا كان الغلاف الشمسي لدينا عبارة عن سفينة تبحر في المياه بين النجوم ، فإن فوييجر 1 عبارة عن طوف نجاة تم إسقاطه للتو من سطح السفينة ، مصممًا على مسح التيارات. في الوقت الحالي ، أي مياه قاسية تشعر بها هي في الغالب من أعقاب الغلاف الشمسي. ولكن أبعد من ذلك ، ستشعر بالتحركات القادمة من مصادر أعمق في الكون. في النهاية ، سوف يتلاشى وجود الغلاف الشمسي لدينا من قياساته تمامًا.
يُظهر هذا الرسم من أكتوبر 20218 موقع مجسات فوييجر 1 وفوييجر 2 بالنسبة للغلاف الشمسي ، وهي فقاعة واقية أنشأتها الشمس والتي تمتد إلى ما بعد مدار بلوتو. عبرت فوييجر 1 الغلاف الشمسي ، أو حافة الغلاف الشمسي ، في عام 2012. فوييجر 2 لا تزال في الغلاف الشمسي ، أو الجزء الخارجي من الغلاف الشمسي. (وكالة ناسا دخلت المركبة الفضائية فوييجر 2 الفضاء بين النجوم في نوفمبر 2018.) الاعتمادات: NASA / JPL-Caltech
قالت ستيلا أوكر ، حاصلة على درجة الدكتوراه: "لدينا بعض الأفكار حول المدى الذي ستحتاجه فوييجر للبدء في رؤية المزيد من المياه النقية بين النجوم ، إذا جاز التعبير". طالب في جامعة كورنيل في إيثاكا ، نيويورك ، وأحدث عضو في فريق فوييجر. "لكننا لسنا متأكدين تمامًا متى سنصل إلى هذه النقطة."
دراسة أوكر الجديدة ، التي نُشرت يوم الإثنين في طبيعة علم الفلك، يوضح ما قد يكون أول قياس مستمر لكثافة المواد في الفضاء بين النجوم. قال أوكر: "يقدم لنا هذا الاكتشاف طريقة جديدة لقياس كثافة الفضاء بين النجوم ويفتح لنا مسارًا جديدًا لاستكشاف بنية الوسط النجمي القريب جدًا".
التقطت المركبة الفضائية فوييجر 1 التابعة لناسا أصوات الفضاء بين النجوم. فوييجر 1 بلازما اكتشفت أداة الموجة اهتزازات البلازما الكثيفة بين النجوم ، أو الغاز المتأين ، من أكتوبر إلى نوفمبر 2012 ومن أبريل إلى مايو 2013. Credit: NASA /JPL- كالتيك
عندما يصور المرء الأشياء بين النجوم - يسميها علماء الفلك "الوسط البينجمي" ، حساء منتشر من الجسيمات والإشعاع - قد يعيد المرء تخيل بيئة هادئة وصامتة وهادئة. سيكون ذلك خطأ.
قال جيم كوردس ، عالم فيزياء الفضاء في كورنيل والمؤلف المشارك للورقة البحثية: "لقد استخدمت عبارة" الوسط بين النجوم الهادئ "- ولكن يمكنك العثور على الكثير من الأماكن التي ليست هادئة بشكل خاص".
مثل المحيط ، فإن الوسط النجمي مليء بالأمواج المضطربة. يأتي أكبر جزء من دوران مجرتنا ، حيث يلطخ الفضاء نفسه ويظهر تموجات تمتد عشرات السنين الضوئية. موجات أصغر (رغم أنها لا تزال عملاقة) تندفع من انفجارات المستعر الأعظم ، وتمتد بلايين الأميال من القمة إلى القمة. عادة ما تكون أصغر التموجات من شمسنا ، حيث ترسل الانفجارات الشمسية موجات صدمية عبر الفضاء تتخلل بطانة الغلاف الشمسي.
تكشف هذه الموجات المتلاطمة عن أدلة حول كثافة الوسط النجمي - وهي قيمة تؤثر على فهمنا لشكل الغلاف الشمسي ، وكيف تتشكل النجوم ، وحتى موقعنا في المجرة. عندما ترتد هذه الموجات عبر الفضاء ، فإنها تهتز الإلكترونات من حولها ، والتي ترن بترددات مميزة اعتمادًا على مدى تكدسها معًا. كلما زادت نغمة هذا الرنين ، زادت كثافة الإلكترون. تم تصميم النظام الفرعي لموجة البلازما في فوييجر 1 - والذي يتضمن هوائيين "أذن الأرنب" يبرزان 30 قدمًا (10 أمتار) خلف المركبة الفضائية - لسماع هذا الرنين.
رسم توضيحي لمركبة فوييجر الفضائية التابعة لناسا تُظهر الهوائيات المستخدمة من قبل النظام الفرعي لموجة البلازما وغيرها من الأدوات. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
في نوفمبر 2012 ، بعد ثلاثة أشهر من الخروج من الغلاف الشمسي ، سمعت فوييجر 1 أصواتًا بين النجوم للمرة الأولى (انظر الفيديو أعلاه). بعد ستة أشهر ، ظهرت "صافرة" أخرى - هذه المرة بصوت أعلى ونبرة أعلى. يبدو أن الوسط النجمي يزداد سمكًا وبسرعة.
تستمر هذه الصفارات اللحظية على فترات غير منتظمة في بيانات Voyager اليوم. إنها طريقة ممتازة لدراسة كثافة الوسط النجمي ، لكنها تتطلب بعض الصبر.
قال أوكر: "لقد تمت رؤيتهم مرة واحدة فقط في العام ، لذا فإن الاعتماد على هذه الأنواع من الأحداث العرضية يعني أن خريطتنا لكثافة الفضاء بين النجوم كانت قليلة نوعًا ما".
شرع أوكر في العثور على مقياس مستمر للكثافة المتوسطة بين النجوم لملء الفجوات - مقياس لا يعتمد على موجات الصدمات العرضية التي تنتشر من الشمس. بعد تصفية بيانات Voyager 1 ، والبحث عن إشارات ضعيفة ولكن متسقة ، وجدت مرشحًا واعدًا. بدأت في الانتعاش في منتصف عام 2017 ، في وقت قريب من صافرة أخرى.
قال أوكر: "إنها نغمة واحدة تقريبًا". "ومع مرور الوقت ، نسمع ذلك يتغير - ولكن الطريقة التي يتحرك بها التردد تخبرنا كيف تتغير الكثافة."
أحداث تذبذب البلازما الضعيفة ولكن شبه المستمرة - المرئية كخط أحمر رفيع في هذا الرسم / tk - تربط الأحداث الأقوى في بيانات النظام الفرعي لموجة البلازما في Voyager 1. تتناوب الصورة بين الرسوم البيانية التي تظهر الإشارات القوية فقط (الخلفية الزرقاء) والبيانات التي تمت تصفيتها تظهر إشارات أضعف. الائتمان: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker
يطلق أوكر على الإشارة الجديدة انبعاث موجات بلازما ، ويبدو أيضًا أنها تتعقب كثافة الفضاء بين النجوم. عندما ظهرت الصافرات المفاجئة في البيانات ، ترتفع نغمة الانبعاث وتنخفض معها. تشبه الإشارة أيضًا الإشارة التي لوحظت في الغلاف الجوي العلوي للأرض والمعروفة بتتبع كثافة الإلكترون هناك.
قال أوكر: "هذا مثير حقًا ، لأننا قادرون على أخذ عينات الكثافة بانتظام على امتداد طويل جدًا من الفضاء ، وهو أطول امتداد في الفضاء لدينا حتى الآن". "يوفر لنا هذا الخريطة الأكثر اكتمالا للكثافة والوسط النجمي كما تراه فوييجر."
بناءً على الإشارة ، بدأت كثافة الإلكترون حول فوييجر 1 في الارتفاع في عام 2013 ووصلت إلى مستوياتها الحالية في منتصف عام 2015 تقريبًا ، بزيادة قدرها 40 ضعفًا في الكثافة. يبدو أن المركبة الفضائية في نطاق كثافة مماثل ، مع بعض التقلبات ، من خلال مجموعة البيانات الكاملة التي قاموا بتحليلها والتي انتهت في أوائل عام 2020.
تحاول أوكر وزملاؤها حاليًا تطوير نموذج فيزيائي لكيفية إنتاج انبعاث موجات البلازما والذي سيكون مفتاحًا لتفسيره. في غضون ذلك ، يستمر النظام الفرعي لموجة البلازما في Voyager 1 في إرسال البيانات إلى أماكن أبعد وأبعد من المنزل ، حيث كل اكتشاف جديد لديه القدرة على جعلنا نعيد تصور منزلنا في الكون.
لمزيد من المعلومات حول هذا البحث ، اقرأ In The Emptiness of Space على بعد 14 مليار ميل ، فوييجر XNUMX تكتشف "هموم" من موجات البلازما.
المرجع: "موجات البلازما المستمرة في الفضاء بين النجوم التي تم اكتشافها بواسطة فوييجر 1" بقلم ستيلا كوخ أوكر ، وجيمس إم كوردس ، وشامي تشاترجي ، ودونالد أ.جيرنيت ، وويليام إس. طبيعة علم الفلك.
DOI: 10.1038/s41550-021-01363-7
