السلوك الفيزيائي الطيفي لثنائيات سينية الإشعاع : دراسة مقارنة

العناوين الأخرى

Physical spectral behavior of X-ray binaries : a comparative study

مقدم أطروحة جامعية

الحوامدة، أمل محمد

مشرف أطروحة جامعية

صابات، حنا أنطوان حنا

أعضاء اللجنة

الخصاونة، عوني
كندليان، رفيق

الجامعة

جامعة آل البيت

الكلية

معهد الفلك و علوم الفضاء

دولة الجامعة

الأردن

الدرجة العلمية

ماجستير

تاريخ الدرجة العلمية

2013

الملخص العربي

الثنائيات سينية الإشعاع هي أنظمة ثنائية يكون أحد مكونيها نجما ممتدا و الآخر جرما متضاغطا Compact object.

فإن كان الجرم المتضاغط نجم نيوترونيا فتدعى بالثنائيات السينية ذات النجم النيوتروني Neutron Star X-Ray Binaries (NSXRB)؛ و إذا كان النجم المتضاغط ثقبا أسود، فتدعى بالثنائيات السينية ذات الثقب الأسود Black Hole X-Ray Binaries (BHXRB).

أما إن كان الجوم المتضاغط قزما أبيض فيسمى الثنائي بالمتغير الكارثي cataclysmic variable (و لا 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.

اما 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، و ذلك بتأثير كومبتون العكسي inverse Compton effect.

يمكن تمييز الثنائيات سينية الإشعاع ذات النجم النيوترني بسهولة إن كان الأخير يملك مجالا مغناطيسيا قوويا و ذلك مثلا من خلال رصد النبضات الصادرة عنه (يدعى النجم النيوترني عندئذ بالنابض pulser).

بينما لا توجد حتى الآن طريقة مباشرة للتأكد ما إذا كان الجرم المتضاغط في الثنائي سيني الأشعاع هو ثقب أسود.

و حل الثنائيات ذات الثقوب السود يستدل على وود الأخيرة فيها من خلال دلائل ديناميكية (أي إذ تجاوزت الكتلة المقدرة للجوم المتضاغط حد الثلاث كتل شمسية، و هو الحد النظري الأعلى الممكن للنجم النيوتروني).

لذا من الأفضل تسمية هذه الأجرام بالثقوب السود المرشحة black hole candidates.

حاول الكثير من العلماء دراسة و تحليل منظومات الأشعة السينية بأساليب مختلفة منها دراسة تغيراتها المضوائية (الفوتومترية photometric) أو الطيفية spectral في نطاقات طيفية متعددة أو بطرائق أخرى.

و في هذه الدراسة، حاولنا المقارنة بين نوعين من ثنائيات الأشعة السينية هما الثنائيات ذات النجوم النيوترونية و الثنائيات ذات الثقوب السود، و ذلك بدراسة السلوك الطيفي لكلا النوعين لإيجاد أوجه التشابه و الاختلاف بينهما.

إن التحليل الطيفي في مجال الأشعة السينية لأي من الثنائيات سينية الإشعاع يمكن أن يعطينا الطيف المكستمر continuous spectrum لهذا المصدر.

و إن كانت المنظومة الرصدية المستخدمة على درجة كافية من قدرة التفريق الطيفية spectral resolution، يمكن أن تظهر بعض الخطوط الطيفية السينية X-ray spectral lines.

و يمكن استعمال بعض النماذج الفيزيائية الرياضية المبسطة في إعطاء صنف كمية للطيف المستمر (مثل : الجسم الأسود black body، و قانون القوة power law، و تأثير كومبتون العكسي Inverse Compton Effect، و إشعاع الكبح Bremsstrahlung)، و من 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 و هو 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 و هي استخدام أطياف هذه الثنائيات للحصول على شدة الإشعاع في نطاقات طيفية مختلفة (ما يدعى بالمضوائية الطيفية spectrophotometry)، و من ثم يتم من خلالها اشتقاق ما يدعى بمنحنيات الخشونة – شدة الإشعاع Hardness Intensity Diagrams (HID's) و المنحنيات اللونية (Color-Color Diagram, CD's).

و لتحقيق غرض هذه الدراسة في استحداث معايير جديدة للتمييز بين الثنائيات ذات النجوم النيوترونية و الثنائيات ذات الثقوب السود، قمنا بدراسة مجموعة من ثنائيات الثقوب السود و هي : - الدجاجة س-1 (Cygnus X-1).

- جي اكس 339-4 (4-339 GRS).

- مستعر الذبابة Nova Muscae.

- مستعر برشاوس Nova persei.

- مستعر الحواء Nova Ophiuchi.

- جي ار س 1758-258 (258-1758 GRS).

و ذلك 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، و حصلنا على المنحنيات الضوئية و منحنيات الخشونة – الشدة و المنحنيات اللونية لها.

ثم قمنا بدراسة السلوك الطيفي لها من هذه المنحنيات، و ليكتمل الغرض من هذه الدراسة – المقارنة بين ثنائيات الأشعة السينية ذات الثقب الأسود و ثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النيوتروني.

قمنا بدراسة السلوك الطيفي لإثنان من ثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النيوترني و هما : • Gx 13 + 1.

• العقرب س – 1 (Scorpius X – 1).

و حصلنا على النتائج التالية : تظهر أطياف ثنائية الأشعة السينية ذات الثقب الأسود أنماطا مختلفة في منحنى الخشونة – الشدة حيث تكون العلاقة طردية واضحة في الخشونة (في النطاق المدروس 40 – 100 كيلو الكترون فولت) كما في طيف ثنائي الدجاجة س – 1 (علما بأن ثنائي الدجاجة س – 1 هو الثنائي الوحيد بين الثنائيات المدروسة الذي ينتمي إلى ثنائيات الأشعة السينية الثقيلة، كما أنه مصدر إشعاع مستمر) و هذا ما أكدته الدراسات السابقة مثل (Kuznetsov et al.

1997) و (Wen et al.

2001)، بينما كانت العلاقة بين الخشونة و الشدة عكسية واضحة كما في طيف ثنائي GX339-4، أما في ثنائيات المستعرات المدروسة أثناء فترة الإضمحلال التي تعقب القكة الرئيسية في الانفجار و هي : مستعر الذبابة، مستعر بيرسيه، و مستعر الحواء فقد كانت العلاقة بين الخشونة و الشدة عكسية واضحة في بعضها كما في مستعر بيرسيه، و هذا ما أكدته الدراسات السابقة مثل (Finoguenov, A., et al., 1996) و عكسية غير واضحة كما في مستعر الذبابة (Gilfanov et al, 1993) و مستعر الحواء.

بنما ظهر طيف GRS1758-258 ثابتا بدون تغير بسبب ضعف الإشعاع الصادر عنه في نطاق الطاقة المدروس 40-200 كيلو المترون فولت.

و قد أظهرت جميع منحنيات الثنائيات السابقة (ثنائيات الثقوب السود) أن طيف الأشعة السينية يكون قويا في نطاق الطاقة 40 – 120 كيلو الكترون فولت (في ثنائي الدجاجة س – 1 كان الطيف قويا في مجال الطاقة 40 – 300 كيلو الكترون فولت)، و بعد هذا النطاق يكون الطيف ضعيفا.

و على الرغم من التفاوت بين الخشونة و الشدة في ثنائيات الأشعة السينية ذات الثقب الأسود، إلا أنها جميعها أظهرت شكلا متقاربا لمنحنى الشدة و الخشونة من حيث التوزيع و الانتقال في الحالة الخشنة من الطيف.

فيما أظهرت ثنائيات الأشعة السينية ذات النجم النيوتروني شكل الجزر (كما في 1 + 12 GX الذي يعتبر مصدرا مستمرا للإشعاع، كما يعتبر إلى حد ما من الثنائيات المتوسطة الكتلة)، أو شكل الحرف Z كما في ثنائي العقرب س – 1 في منحنى الخشونة – الشدة منها، و تعتبر هذه الأشكال الطيفية مختلفة تماما عن الشكل الطيفي الذي ظهر من ثنائيات الثقوب السود.

يمكن اعتبار 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 مجدال مغناطيسي قوي، إلا أن هذه الأداة مقيدة بكون النجوم النيوترونية المرصودة من الثنائيات الخفيفة.

و تبقى الصعوبة في التمييز بين الثنائيات سينية الإشعاع ذات الثقوب السداء المرشحة و الثنائيات ذات النجوم النيوترونية ضعيفة المجال المغناطيسي.

التخصصات الرئيسية

الفلك و علومه

الموضوعات

عدد الصفحات

119

قائمة المحتويات

فهرس المحتويات / الموضوعات.

الملخص / المستخلص.

الفصل الأول : المقدمة.

الفصل الثاني : الإطار النظري.

الفصل الثالث : الأجهزة و البرمجيات المستخدمة في تحليل البيانات.

الفصل الرابع : التطبيقات.

الفصل الخامس : الإستنتاج و التوصيات.

قائمة المراجع.

نمط استشهاد جمعية علماء النفس الأمريكية (APA)

الحوامدة، أمل محمد. (2013). السلوك الفيزيائي الطيفي لثنائيات سينية الإشعاع : دراسة مقارنة. (أطروحة ماجستير). جامعة آل البيت, الأردن
https://search.emarefa.net/detail/BIM-415418

نمط استشهاد الجمعية الأمريكية للغات الحديثة (MLA)

الحوامدة، أمل محمد. السلوك الفيزيائي الطيفي لثنائيات سينية الإشعاع : دراسة مقارنة. (أطروحة ماجستير). جامعة آل البيت. (2013).
https://search.emarefa.net/detail/BIM-415418

نمط استشهاد الجمعية الطبية الأمريكية (AMA)

الحوامدة، أمل محمد. (2013). السلوك الفيزيائي الطيفي لثنائيات سينية الإشعاع : دراسة مقارنة. (أطروحة ماجستير). جامعة آل البيت, الأردن
https://search.emarefa.net/detail/BIM-415418

لغة النص

العربية

نوع البيانات

رسائل جامعية

رقم السجل

BIM-415418