کشف یک میدان مغناطیسی فوق‌العاده قدرتمند در گستره یک خوشه کروی از ستارگان، وجود تپ‌اخترهای پرتو گامای شدیداً پرقدرتی که وجودشان تا پیشتر حتی تصور هم نمی‌شد، به تأیید تجربی رسید.

طبق اظهارات پژوهشگرانی که مقاله خود را امروز جمعه، در نشریه علمی Science انتشار داده‌اند، آن‌ها با کمک تلسکوپ مستقر بر رصدخانه فضایی پرتو گامای فرمی، موفق به تشخیص این تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای (یا به اختصار MSP) شده‌اند که در هر دقیقه حدود 43 هزاربار به گرد خود می‌چرخند. این کشف، درک کنونی‌مان از فیزیک حاکم بر مواد فوق چگال و نیروهای مغناطیسی پراکنده در پهنه کهکشان را ارتقا خواهد بخشید. این تپ‌اختر شگفت‌انگیز، هم‌اکنون PSR J1823-3021A نام دارد.
 
"نور خوشه‌های کروی، مثل آواز نغمه‌سرایان فراوانی‌ست که هرکدام‌شان صدای متفاوتی با ویژگی‌های مختص به خودشان را سر می‌دهند و ما قادر به تمایز صداهای منفرد از یکدیگر نیستیم. اما PSR J1823-3021A فرق می‌کند: کار این تپ‌اختر شبیه به یک تک‌نوازی است که تمامی آهنگ‌های پرتو گامای خوشه میزبانش را خودش تولید می‌کند. اینکه می‌شود از چنین فاصله دوردستی این صدا را شنید، حقیقت شگفت‌انگیزی‌ست." این را تایرل جانسون (Tyrel Johnson) پژوهشگر همکار بنیاد ملی علوم ایالات متحده و شاغل در پژوهشگاه نیروی دریایی در واشنگتن، که از نویسندگان مقاله مزبور هم بوده است می‌گوید و می‌افزاید: "درک اینکه چگونه این MSP که میدان مغناطیسی نامتعارف‌گونه و نوسانات پرتو گامای درخشان‌اش آن را سردسته این نغمه‌سرایان کیهانی کرده، ایجاد شده است به ارتقای دانسته‌هایمان در خصوص فیزیک حاکم بر میدان‌های مغناطیسی نامتعارفی که نمی‌توانیم آن‌ها را در آزمایشگاه‌های زمینی بازسازی کنیم، کمک شایان توجهی خواهد کرد."
 
تپ‌اخترها، فانوس‌های دریایی کیهان
یک تپ‌اختر (یا ستاره‌ای که نورش تپش می‌کند)، در حقیقت ستاره نوترونی فوق فشرده‌ای با میدان مغناطیسی شدیداً قوی است که در جریان چرخش‌های دوره‌ای‌اش، از خود تابش الکترومغناطیسی گسیل می‌کند. کشف تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای J1823-3021A در خوشه کروی NGC6624، و تأییدش به‌عنوان یک منبع درخشان گسیل پرتوهای گاما، مهم‌ترین کشف تلسکوپ پرتو گامای فرمی، از زمان پرتابش به فضا در سال 2008 میلادی به‌شمار می‌رود.
 
خوشه‌های کروی، به‌نظر حاوی برخی از سالخورده‌ترین ستاره‌های کهکشان هستند، هرچند که منشاءشان هنوز مشخص نیست. تپ‌اخترهای پرتو گاما، پیشتر هم مشاهده بودند و گاه حتی تاریخچه‌شان به سال 1665 میلادی هم قد می‌داد، اما تا به امروز، صرفاً تشخیص پرتوهای گامای گسیلی از آن‌ها نقشی در کشف‌شان نداشته است، چراکه این پرتوها تاحدودی مؤلفه‌ای فرعی محسوب می‌شده‌اند.
 
دوره چرخش تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای، در بازه یک تا 10 میلی‌ثانیه قرار دارد و به علت همین فرکانس بالای تپش‌های‌شان، از دید تلسکوپ فرمی، به شکل منابعی با پرتوهای ممتد گاما دیده می‌شوند. البته تنها در صورتی‌که مسیر پرتوها هم رو به سوی زمین داشته باشد و همین محدودیت، که به "اثر فانوس دریایی" معروف است، باعث شده تا با چرخش تپ‌اختر و خروج متناوب مسیر پرتوهایش از دیدرس ما، نورش با تپش‌های متوالی به ما برسد.
 
اجساد رقصان و آوازه‌خوان
اکثر تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه، در خوشه‌های کروی پیدا می‌شوند، اجتماعاتی کروی‌شکل و فوق فشرده از صدها هزار ستاره که با نیروی گرانشی‌شان محکم همدیگر را گرفته‌اند و همگی در مداری به گرد هسته کهکشان می‌چرخند. این خوشه‌ها را همیشه در نواحی پیرامون مرکز کهکشان می‌توان مشاهده کرد و سن ستاره‌های‌شان، اغلب از 10 میلیارد سال تجاوز می‌کند. تابه‌حال، در حدود 158 خوشه کروی در گراگرد مرکز کهکشان راه شیری پیدا شده است.
 
تپ‌اختر J1823-3021A، جوان‌ترین MSP رصدشده تا به امروز است و به‌گفته بروس آلن (Bruce Allen)، مدیر مؤسسه پژوهش‌های فیزیک گرانشی ماکس پلانک آلمان که در این پژوهش دستی نداشته، از اهمیت زیادی هم برخوردار است، چراکه "خوشه‌های کروی، گورستان تپ‌اخترهای پیر و مرده‌اند. فقط تصورش را بکنید که حین قدم زدن در یک قبرستان، به‌جای تماشای استخوان‌های خاک‌گرفته، جسدی را می‌بینید که می‌رقصد و آواز سر می‌دهد".
 
منابع پرقدرت پرتوهای گاما را معمولاً از روی تپش‌های طولانی‌مدت نور ضعیف‌شان که با دوره‌های تناوب 1.4 تا 8.5 میلی‌ثانیه رخ می‌دهند، تشخیص می‌دهند. نوری چنان ضعیف که تا پیش از پرتاب تلسکوپ فرمی، به‌شکل منفرد اصلاً تشخیص داده نشده بودند.
 
تأیید این‌که خوشه کروی NGC6624، از یک MSP واضح و مشخص میزبانی می‌کند، در محاسبه مؤلفه‌های مداری و جرم این تپ‌اختر به دانشمندان کمک شایان توجهی خواهد کرد، چراکه بازسازی چنین شرایطی در آزمایشگاه‌های زمینی تقریباً غیرممکن است. جانسون می‌گوید: "تا پیش از پرتاب فرمی، اصلاً معلوم نبود که آیا MSPها را می‌شود به‌عنوان منابع پرقدرت پرتو گاما هم محسوب کرد، یا نه." آلن نیز می‌گوید: "کشف این تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای، کشفی فوق‌العاده شگفت‌انگیز است و مقاله مزبور، به‌‌شکلی متقاعدکننده مدعی است که باید اجرام بیشتری از نوع را بتوان در آینده یافت. این [کشف]، دیدگاه‌مان را نسبت به ماهیت حیواناتی که در باغ وحش تپ‌اخترهای کیهان پرسه می‌زنند، تغییر می‌دهد." با وجود همیاری‌های موجود در بین جامعه دانشمندانی که بر داده‌های خام تلسکوپ فرمی کار می‌کنند، طبعاً پژوهشگرانی هستند که خواهان بازبینی در فرضیات گاه متناقض موجود در خصوص منشأ و سیر تحول خوشه‌های کروی هم باشند.
 
جانسون می‌گوید: "سن و انرژی تپ‌اخترها را می‌توان از روی زمان‌سنجی‌های رادیویی و سپس چندین معادله ساده و استاندارد به‌دست آورد و همین‌ داده‌ها هم به ما گفته بودند که این تپ‌اختر، به‌طرز شگفت‌انگیز جوان و پرانرژی است. با این‌حال گمان می‌کردیم که این زمان‌سنجی‌های رادیویی، به تبع میدان گرانشی فوق‌العاده پرقدرت خوشه، دچار تغییراتی شده است، اما محاسبات فرمی از تابش شدید پرتوهای گاما توسط این تپ‌اختر به ما نشان داد که اعداد، هیچ عیبی ندارند. لذا J1823-3021A، یک تپ‌اختر نوزاد است که در فرآیندی مرموز به وجود آمده و خود را در میان یک قوم سالخوره پنهان کرده است."