نفاثة فيزيائية فلكية

النفاثة الفيزيائية الفلكية هي ظاهرة فلكية حيث تُقذف المادة المتأينة بسرعة عالية من جسم فلكي، في زوج من التيارات الضيقة في اتجاهين متعاكسين، محاذية لمحور دوران الجسم . ^{[ 1 ]} عندما تتدفق المادة في هذه التيارات بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، يُشار إلى النفاثة باسم النفاثة النسبية ، لأنها تُظهر ظواهر تنبأت بها النسبية الخاصة .

ترتبط النفاثات الفلكية بالعديد من أنواع المصادر الفلكية عالية الطاقة ، مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والنجوم النابضة . لم تُفهم أسبابها بالكامل بعد، ولكن يُعتقد أنها تنشأ من تفاعلات ديناميكية داخل أقراص التراكم . أحد التفسيرات هو أنه مع دوران قرص التراكم، فإنه يُولّد مجالًا مغناطيسيًا دوّارًا متشابكًا يُركّز المادة من القرص في النفاثات، ثم يدفعها بعيدًا عن الجسم المركزي. ^{[ 2 ]} قد تتأثر النفاثات أيضًا بتأثير النسبية العامة المعروف باسم سحب الإطار المرجعي . ^{[ 3 ]}

تُنشأ معظم النفاثات الأكبر والأكثر نشاطًا بواسطة الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مركز المجرات النشطة ، مثل الكوازارات والمجرات الراديوية، أو داخل عناقيد المجرات. ^{[ 4 ]} قد يتجاوز طول هذه النفاثات ملايين الفراسخ الفلكية . ^{[ 2 ]} تشمل الأجرام الفلكية الأخرى التي تُنتج النفاثات، أو التي تنتج عنها، النجوم المتغيرة الكارثية ، والثنائيات النجمية للأشعة السينية ، وانفجارات أشعة غاما . ويمكن العثور على نفاثات على نطاق أصغر بكثير (حوالي فرسخ فلكي) في مناطق تكوّن النجوم، بما في ذلك نجوم تي تاوري وأجرام هيربيغ-هارو ؛ وتتشكل هذه الأجرام جزئيًا من خلال تفاعل النفاثات مع الوسط بين النجوم . وقد ترتبط التدفقات ثنائية القطب أيضًا بالنجوم الأولية ، ^{[ 5 ]} أو بالنجوم المتطورة بعد مرحلة العملاق المقارب ، والسدم الكوكبية ، والسدم ثنائية القطب .

النفاثات النسبية هي حزم من المادة المتأينة تتسارع بسرعة تقارب سرعة الضوء. وقد رُصدت معظمها في الثقوب السوداء المركزية لبعض المجرات النشطة ، أو المجرات الراديوية ، أو الكوازارات ، وكذلك في الثقوب السوداء النجمية المجرية ، أو النجوم النيوترونية ، أو النجوم النابضة . وقد تمتد أطوال هذه الحزم بين عدة آلاف ^{[ 6 ]} ، أو مئات الآلاف ^{[ 7 ]} ، أو ملايين الفراسخ الفلكية. ^{[ 2 ]} وتُظهر سرعات النفاثات، عند اقترابها من سرعة الضوء، تأثيرات ملحوظة لنظرية النسبية الخاصة ؛ فعلى سبيل المثال، ظاهرة التوجيه النسبي التي تُغير سطوع الحزمة الظاهري. ^{[ 8 ]}

تمتلك الثقوب السوداء المركزية الضخمة في المجرات أقوى النفاثات، لكن بنيتها وسلوكها مشابهان لتلك الموجودة في النجوم النيوترونية والثقوب السوداء المجرية الأصغر حجمًا. تُعرف هذه الأنظمة غالبًا باسم الكوازارات المصغرة ، وتُظهر نطاقًا واسعًا من السرعات. على سبيل المثال، تبلغ السرعة المتوسطة لنفاثة SS 433 حوالي 0.26 من سرعة الضوء . ^{[ 9 ]} قد يُفسر تكوّن النفاثات النسبية أيضًا انفجارات أشعة غاما المرصودة، والتي تتميز بأعلى النفاثات النسبية المعروفة، حيث تصل سرعتها إلى ما فوق النسبية . ^{[ 10 ]}

لا تزال الآليات الكامنة وراء تكوين النفاثات غير واضحة، ^{[ 11 ]} على الرغم من أن بعض الدراسات تُرجّح نماذج تتكون فيها النفاثات من خليط متعادل كهربائيًا من النوى والإلكترونات والبوزيترونات ، بينما تتوافق دراسات أخرى مع نفاثات تتكون من بلازما البوزيترونات والإلكترونات. [ ^{12 ] [ 13 ] [ 14 ] ومن} المتوقع أن تمتلك النوى النزرة التي تجرفها نفاثة نسبية من البوزيترونات والإلكترونات طاقة عالية للغاية، حيث ينبغي أن تصل هذه النوى الأثقل إلى سرعة مساوية لسرعة البوزيترونات والإلكترونات.

نظراً لكمية الطاقة الهائلة اللازمة لإطلاق نفاثة نسبية، فمن المحتمل أن بعض النفاثات تستمد طاقتها من الثقوب السوداء الدوارة . ومع ذلك، يشير تواتر مصادر الطاقة الفلكية عالية الطاقة المصحوبة بنفاثات إلى وجود مزيج من آليات مختلفة، ترتبط بشكل غير مباشر بالطاقة الموجودة داخل قرص التراكم المصاحب وانبعاثات الأشعة السينية من المصدر المُوَلِّد. وقد استُخدمت نظريتان مبكرتان لتفسير كيفية انتقال الطاقة من ثقب أسود إلى نفاثة فلكية:

• عملية بلاندفورد-زناجيك . ^{[ 15 ]} تشرح هذه النظرية استخلاص الطاقة من المجالات المغناطيسية المحيطة بقرص التراكم، والتي تُسحب وتُلوى بفعل دوران الثقب الأسود. ومن ثم، يُمكن إطلاق المادة النسبية عن طريق تضييق خطوط المجال.
• آلية بنروز . ^{[ 16 ]} في هذه الآلية، تُستخلص الطاقة من ثقب أسود دوّار عن طريق سحب الإطار المرجعي ، وقد أثبتت ريفا كاي ويليامز نظريًا لاحقًا قدرتها على استخلاص طاقة وزخم الجسيمات النسبية ، ^{[ 17 ]} ثم تبين أنها آلية محتملة لتكوين النفاثات. ^{[ 18 ]} يشمل هذا التأثير استخدام الجاذبية المغناطيسية النسبية العامة .

يمكن أيضًا رصد النفاثات المنبعثة من النجوم النيوترونية الدوارة. ومن الأمثلة على ذلك النجم النابض IGR J11014-6103 ، الذي يمتلك أكبر نفاثة رُصدت حتى الآن في مجرة ​​درب التبانة ، وتُقدّر سرعته بنحو 80% من سرعة الضوء (0.8 c ). وقد أُجريت عليه عمليات رصد بالأشعة السينية، ولكن لم يُرصد أي أثر راديوي أو قرص تراكمي. ^{[ 19 ] [ 20 ]} في البداية، كان يُعتقد أن هذا النجم النابض يدور بسرعة كبيرة، ولكن تشير القياسات اللاحقة إلى أن معدل دورانه لا يتجاوز 15.9  هرتز. ^{[ 21 ] [ 22 ]} يُشير هذا المعدل البطيء للدوران، بالإضافة إلى غياب المادة المتراكمة، إلى أن النفاثة لا تعمل بفعل الدوران أو التراكم، على الرغم من أنها تبدو متوازية مع محور دوران النجم النابض وعمودية على حركته الحقيقية.

• 
  رسم توضيحي لديناميكيات البروبلايد ، بما في ذلك النفاث
• 
  صورة بالأشعة السينية لـ Centaurus A تُظهر النفاثة النسبية
• 
  تم رصد نفاثة M87 بواسطة مصفوفة التلسكوبات الكبيرة جدًا بترددات الراديو (مجال الرؤية أكبر ومدور بالنسبة للصورة أعلاه).
• 
  صورة من أرشيف هابل للتراث بالأشعة فوق البنفسجية القريبة للنفث النسبي في 3C 66B
• 
  يمكن رؤية المجرة NGC 3862 ، وهي عبارة عن نفاثة من المواد خارج المجرة تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء، عند موضع الساعة الثالثة.
• 
  بعض الطائرات النفاثة في HH 24-26 ، والتي تحتوي على أعلى تركيز معروف للطائرات النفاثة في أي مكان في السماء
• 
  نفاثات ثنائية القطب منبعثة من النجم الثنائي المتفاعل KX Andromedae

• رياح القرص أبطأ، وتدفق واسع الزاوية، وغالبًا ما يحدث ذلك مصحوبًا بنفث.
• قرص التراكم
• تدفق ثنائي القطب
• عملية بلاندفورد-زناجيك
• جسم هيربيج-هارو
• عملية بنروز
• CGCG 049-033 ، مجرة ​​إهليلجية تقع على بعد 600 مليون سنة ضوئية من الأرض، وتشتهر بامتلاكها أطول نفاثة مجرية تم اكتشافها
• انفجار أشعة غاما
• نفاثة شمسية

• ناسا - اسأل عالم فيزياء فلكية: النفاثات ثنائية القطب للثقوب السوداء
• موقع SPACE.com – فيزياء ملتوية: كيف تقذف الثقوب السوداء
• بلاندفورد، روجر؛ أغول، إريك؛ برودريك، أفيري؛ هيل، جيريمي؛ كوبمانز، ليون؛ لي، هي-وون (2001). "الأجسام المدمجة وأقراص التراكم". arXiv : astro-ph/0107228v1 .
• فيديو من تلسكوب هابل يُظهر اصطدامًا مروعًا داخل نفاثة ثقب أسود ( مقال )