"السلوك الفيزيائي الطيفي لثنائيات سينية الإشعاع : دراسة مقارنة"

الثنائيات سينية الإشعاع هي أنظمة ثنائية يكون أحد مكونيها نجماً ممتداً والآخر جرماً متضاغطاً compact object. فإن كان الجرم المتضاغط نجماً نيوترونياً فتدعى بالثنائيات السينية ذات النجم النيوتروني Neutron Star X-Ray Binaries (NSXRB)؛ وإذا كان الجرم المتضاغط ثقباً أسود، فتدعى بالثنائيات السينية ذات الثقب الأسود Black Hole X-Ray Binaries (BHXRB). أما إذا كان الجرم المتضاغط قزماً أبيض فيسمى الثنائي بالمتغير الكارثي cataclysmic variable (ولا يدخل ضمن دراستنا هذه). تعتبر الثنائيات سينية الإشعاع من أهم مصادر الأشعة السينية X-ray sources في المجرة. حيث تصدر عنها الأشعة السينية الناعمة soft X-rays (منخفضة الطاقة) من المناطق الداخلية لقرص التراكم accretion disc، الذي يتشكل بدوره من المادة المنبعثة من النجم الممتد في الثنائي باتجاه الجرم المتضاغط. أما الأشعة السينية الخشنة hard X-rays (عالية الطاقة)، فتصدر عن طريق تفاعل الأشعة السينية الناعمة مع الإلكترونات الساخنة (أي ذات الطاقة العالية) الموجودة في منطقة الإكليل corona، وذلك بتأثير كومبتون العكسي inverse Compton effect . يمكن تمييز الثنائيات سينية الإشعاع ذات النجم النيوتروني بسهولة إن كان الأخير يملك مجالاً مغناطيسياً قوياً وذلك?مثلاً?من خلال رصد النبضات الصادرة عنه (يدعى النجم النيوتروني عندئذٍ بالنابض pulsar). بينما لا توجد حتى الآن طريقة مباشرة للتأكد ما إذا كان الجرم المتضاغط في الثنائي سيني الإشعاع هو ثقب أسود. وجل الثنائيات ذات الثقوب السود يستدل على وجود الأخيرة فيها من خلال دلائل ديناميكية (أي إذا تجاوزت الكتلة المقدرة للجرم المتضاغط حد الثلاثة كتل شمسية، وهو الحد النظري الأعلى الممكن للنجم النيوتروني). لذا من الأفضل تسمية هذه الأجرام بالثقوب السود المرشحة black hole candidates . حاول الكثير من العلماء دراسة وتحليل منظومات الأشعة السينية بأساليب مختلفة منها دراسة تغيراتها المضوائية (الفوتومترية photometric) أو الطيفيةspectral في نطاقات طيفية متعددة أو بطرائق أخرى. وفي هذه الدراسة، حاولنا المقارنة بين نوعين من ثنائيات الأشعة السينية هما الثنائيات ذات النجوم النيوترونية والثنائيات ذات الثقوب السود، وذلك بدراسة السلوك الطيفي لكلا النوعين لإيجاد أوجه التشابه والاختلاف بينهما. إن التحليل الطيفي في مجال الأشعة السينية لأي من الثنائيات سينية الإشعاع يمكن أن يعطينا الطيف المستمر continuous spectrum لهذا المصدر. وإن كانت المنظومة الرصدية المستخدمة على درجة كافية من قدرة التفريق الطيفية spectral resolution، يمكن أن تظهر بعض الخطوط الطيفية السينية X-ray spectral lines. ويمكن استعمال بعض النماذج الفيزيائية الرياضية المبسطة في إعطاء صفة كمية للطيف المستمر (مثل: الجسم الأسود black body، وقانون القوة power law، وتأثير كومبتون العكسي Inverse Compton Effect، وإشعاع الكبح Bremsstrahlung)، ومن ثم يمكن دراسة كيفية تغير طيف هذا الثنائي مع شدة الإشعاع له (أي ما يدعى بالسلوك الطيفي spectral behavior). إلا أن المشكلة هنا هو أن المقادير الكمية المعبرة عن الأطياف المستمرة (مثل درجة حرارة الجسم الأسود أو معامل قانون القوة ...) هي مقادير تعتمد على النموذج المستخدم حاليا وهو النموذج المعتمد على المعالم model-dependent parameters. لجئنا في هذا البحث لطريقة بديلة لدراسة السلوك الطيفي للثنائيات سينية الإشعاع، بحيث تكون مستقلة عن النموذج، ألا وهي استخدام أطياف هذه الثنائيات للحصول على شدة الإشعاع في نطاقات طيفية مختلفة (ما يدعى بالمضوائية الطيفية spectrophotometry)، ومن ثم يتم من خلالها اشتقاق ما يدعى بمنحنيات الخشونة?شدة الإشعاعHardness Intensity Diagrams (HID?s) والمنحنيات اللونية (Color-Color Diagram, CD?s). ولتقيق غرض هذه الدراسة في إستحداث معايير جديدة للتمييز بين الثنائيات ذات النجوم النيوترونية والثنائيات ذات الثقوب السود، قمنا بدراسة مجموعة من ثنائيات الثقوب السود وهي: - الدجاجة س-1 (Cygnus X-1) 2-جي اكس 339-4 GRS339-4)) 3-مستعر الذبابة Nova Muscae 4-مستعر برشاوس Nova persei 5-مستعر الحواء Nova Ophiuchi 6- جي ار س1758-258 (GRS1758-258) وذلك بالحصول على بيانات رصدية لهذه المصادر في نطاق الطاقة 40-200 كيلو الكترون فولت من أرشيف تلسكوب سيجما جرانات، ثم قمنا باستخدام برمجية IDL لتحليل تلك البيانات، وحصلنا على المنحنيات الضوئية ومنحنيات الخشونة-الشدة والمنحنيات اللونية لها. ثم قمنا بدراسة السلوك الطيفي لها من هذه المنحنيات، وليكتمل الغرض من هذه الدراسة ?المقارنة بين ثنائيات الأشعة السينية ذات الثقب الأسود وثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النيوتروني- قمنا بدراسة السلوك الطيفي لإثنان من ثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النيوتروني وهما ? GX 13+1 ? العقرب س-1 (Scorpius X-1) وحصلنا على النتائج التالية: تظهر أطياف ثنائيات الأشعة السينية ذات الثقب الأسود انماطاً مختلفة في منحنى الخشونة-الشدة حيث تكون العلاقة طردية واضحة في الخشنة (في النطاق المدروس 40-200 كيلوإلكترون فولت) كما في طيف ثنائي الدجاجة س-1 (علماً بأن ثنائي الدجاجة س-1 هو الثنائي الوحيد بين الثنائيات المدروسة الذي ينتمي الى ثنائيات الأشعة السينية الثقيلة، كما أنه مصدر اشعاع مستمر) وهذا ما أكدته الدراسات السابقة مثل (Kuznetsov et al. 1997) و (Wen et al. 2001)، بينما كانت العلاقة بين الخشونة والشدة عكسية واضحة كما في طيف ثنائي GX339-4، أما في ثنائيات المستعرات المدروسة اثناء فترة الإضمحلال التي تعقب القمة الرئيسية في الإنفجار وهي : مستعر الذبابة، مستعر بيرسيه، ومستعر الحواء فقد كانت العلاقة بين الخشونة والشدة عكسية واضحة في بعضها كما في مستعر بيرسيه، وهذا ما أكدته الدراسات السابقة مثل (Finoguenov, A., et al.,1996) وعكسية غير واضحة كما في مستعر الذبابة (Gilfanov et al, 1993)ومستعر الحواء. بينما ظهر طيف GRS1758-258 ثابتاً بدون تغير بسبب ضعف الإشعاع الصادر عنه في نطاق الطاقة المدروس 40-200 كيلو الكترون فولت. وقد أظهرت جميع منحنيات الثنائيات السابقة (ثنائيات الثقوب السود) أن طيف الأشعة السينية يكون قوياً في نطاق الطاقة 40-120 كيلو الكترون فولت(في ثنائي الدجاجة س-1 كان الطيف قويا في مجالالطاقة 40-300 كيلو الكترون فولت)، وبعد هذا النطاق يكون الطيف ضعيفاً. وعلى الرغم من التفاوت بين الخشونة والشدة في ثنائيات الأشعة السينية ذات الثقب الأسود، إلا انها جميعاً أظهرت شكلاً متقارباً لمنحنى الشدة والخشونة من حيث التوزيع والإنتقال في الحالة الخشنة من الطيف. فيما أظهرت ثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النتيوتروني شكل الجزر( كما في GX 13+1 الذي يعتبر مصدراً مستمراً للإشعاع، كما يعتبر الى حد ما من الثنائيات المتوسطة الكتلة)، أو شكل الحرف Z كما في ثنائي العقرب س-1 في منحنى الخشونة-الشدة الناتج منها، وتعتبر هذه الأشكال الطيفية مختلفةُ تماما عن الشكل الطيفي الذي ظهر من ثنائيات الثقوب السود. يمكن أعتبار شكل منحنى الخشونة-الشدة الناتج من طيف ثنائيات الأشعة السينية أداة جيدة لتمييز ثنائيات الأشعة السينية ذات الثقب الأسود عن ثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النيوتروني في حالة كانت الأخيرة ذات مجال مغناطيسي قوي، إلا أن هذه الأداة مقيدة بكون النجوم النيوترونية المرصودة من الثنائيات الخفيفة. وتبقى الصعوبة في التمييز بين الثنائيات سينية الإشعاع ذات الثقوب السوداء المرشحة والثنائيات ذات النجوم النيوترونية ضعيفة المجال المغناطيسي.