مقدمة

الأرامل السود والحمر الظهور، والمعروفة مجتمعة باسم "العناكب"، هي نباضات ميلي ثانية (MSPs) في مدارات قريبة (\(P\lesssim 1\) يوم) حول نجوم تم أو يتم تجريد مادتها بفعل رياح النباض (انظر ). كما هو الحال في نباض الأرملة السوداء الأصلي ()، غالبًا ما تتسبب هذه المادة في حدوث كسوفات راديوية بالإضافة إلى انبعاث أشعة سينية نتيجة تفاعل صدمة مع رياح النباض (). يمكن أن تؤدي الصدمة إلى تسخين سطح الرفيق المواجه للنباض، مما يؤدي إلى تغيرات مدارية كبيرة في الانبعاث البصري. قد يكون الرفيق أيضًا قريبًا من ملء فص روش، وبالتالي يتعرض لتشوه مدّي يمكن أن يسبب تغيرات بيضاوية في الضوء أيضًا (انظر ). غالبًا ما تُلاحظ تغيرات في الفترة المدارية لدى العناكب، مع وجود مشتقات فترة موجبة وسالبة أحيانًا حتى من نفس المصدر (انظر ). إن مقدار هذه التغيرات أكبر بكثير مما هو متوقع من إشعاع الجاذبية، وقد يكون ناتجًا عن تفاعل بين رياح النباض والمجال المغناطيسي للرفيق عبر آلية .

يتم التمييز بين الأرامل السود والحمر الظهور بناءً على كتلة رفيقها. نظريًا، هناك ارتباط وثيق بين الفترة المدارية وكتلة القزم الأبيض النهائية في نظام تم فيه تسريع النباض إلى فترات ميلي ثانية بواسطة تدفق مادة عبر فص روش (). بينما تتفق معظم نباضات الميلي ثانية مع هذه العلاقة، فإن رفقاء الأرامل السود لديهم كتل أقل بكثير مما هو متوقع لقزم أبيض، بينما رفقاء الحمر الظهور لديهم كتل أعلى من المتوقع. في الحالة الأولى، قد يكون ذلك بسبب فترة طويلة من تجريد الرفيق بواسطة رياح النباض، مما قد يؤدي في النهاية إلى نباض ميلي ثانية معزول (). في الحالة الثانية، لم يكمل الرفيق تطوره بعد، وقد يمر بانقطاع قصير الأمد في عملية التراكم (). وقد لوحظ أن عدة أنظمة من الحمر الظهور تنتقل بين حالات التجريد والتراكم خلال أشهر إلى سنوات ()، وهي فترات أقصر بكثير مما تنبأت به النماذج التطورية.

تتيح لنا الدراسات السينية لهذه المصادر دراسة رياح النباضات على مسافات أقرب بكثير من النباض (\(\sim 10^4\) نصف قطر أسطوانة الضوء) مقارنة بصدمات نهاية رياح النباضات مثل سديم السرطان (\(\sim 10^8\) نصف قطر أسطوانة الضوء)، وبالتالي قد توفر رؤى حول خصائص تمغنط الرياح بالقرب من منطقة انطلاقها (انظر لمراجعة حول رياح النباضات وصدماتها). يمكن للدراسات البصرية أن تزودنا بمعلومات حول ميل النظام، ونسبة ملء فص روش، وتسخين الرفيق، وربما كتل المكونات ().

لقد ازداد عدد العناكب المعروفة والقريبة بشكل كبير خلال السنوات العشر الماضية بفضل عمليات البحث الموجهة في مصادر أشعة Fermi \(\gamma\) () ومسوح النباضات واسعة النطاق التي تستخدم بانتظام عمليات بحث تسارع لاكتشاف الأنظمة الثنائية قصيرة الفترة مثل مسح PALFA في أريسيبو ()، ومسح HTRU في باركس ()، ومسحي Drift Scan () وGBNCC () في غرين بانك. هنا نلخص بعض الدراسات السينية والبصرية الحديثة للعناكب المكتشفة حديثًا.

الرصد السيني للعناكب

في ، قمنا بتلخيص رصد عدة أرامل سود وحمر الظهور باستخدام Chandra، حيث لاحظنا أن الإحصائيات المنخفضة لعدد الفوتونات غالبًا ما جعلت من الصعب توصيف منحنيات الضوء المدارية في الأشعة السينية. ومع ذلك، أمكن استخلاص بعض الاستنتاجات العامة. أولاً، أن العديد من الأرامل السود لا تظهر انبعاثًا صادماً كبيرًا، بل تمتلك أطيافًا حرارية مشابهة لنباضات الميلي ثانية العادية. أما الأرامل السود التي تظهر انبعاثًا غير حراري ملحوظ، فقد أظهرت مجموعة متنوعة من منحنيات الضوء المدارية، مع أن بعضها فقط، مثل الأرملة السوداء الأصلية PSR B1957+20 ()، يبلغ ذروته بالقرب من اقتران النباض العلوي.

من ناحية أخرى، يبدو أن الحمر الظهور، كفئة، أكثر سطوعًا في الأشعة السينية من الأرامل السود، وتظهر نمطًا أكثر اتساقًا في منحنيات الضوء، مع قمتين مزدوجتين حول اقتران النباض السفلي. قد يكون ذلك مرتبطًا بأن رفقاء النباضات في هذه الأنظمة يغطون زاوية صلبة أكبر بكثير في سماء النباض، وأن نسبة أكبر منهم قريبة من ملء فص روش. تميل الأطياف إلى أن تكون شديدة الصلابة، مع مؤشرات فوتونية لقانون القوة \(\Gamma \sim 1.0-1.3\). هذا أكثر صلابة مما هو متوقع من تسارع الصدمات العادي ()، وقد يكون مؤشرًا على أن إعادة الاتصال المغناطيسي تلعب دورًا مهمًا (مثلاً ). أظهرت رصديات NuStar للحمر الظهور PSR J1023+0038 () وPSR J1723−2837 () أن هذا الطيف الصلب يمكن أن يمتد حتى عدة عشرات من الكيلوفولت، ويتطلب تحويلًا فعالًا جدًا لطاقة فقدان الدوران إلى انبعاث سيني. لقد حصلنا على رصد NuStar للحمرة الظهور PSR J2129−0429 يغطي مدارين. هذا النظام أيضًا يمتلك طيفًا \(\Gamma \sim 1.1-1.2\) يمتد حتى \(\sim 30\) كيلوفولت على الأقل. ومع ذلك، تظهر هذه البيانات أن القمة الثانية تظهر بعض التغيرات الطيفية. سيتم عرض النتائج الكاملة لهذا الرصد بواسطة النوري (قيد الإعداد).

إن طور القمتين المزدوجتين في الحمر الظهور يمثل لغزًا إلى حد ما. يمكن للنماذج المبنية على صدمة رياح-رياح بين رياح النباض ورفيقه أن تعيد إنتاج هذا النوع من منحنيات الضوء، ولكن فقط إذا كان زخم رياح الرفيق أكبر بكثير من زخم رياح النباض (). وبما أنه من غير المعقول أن يكون لنجم كتلته \(0.2-0.4~M_{\odot}\) رياح تحمل طاقة \(\sim 10^{35}\) إرج/ثانية، فقد تم اقتراح تدفق شبه روش (). ومع ذلك، قد لا يؤدي ذلك إلى منحنى ضوئي مستقر جدًا. تشير بيانات Swift الأرشيفية ورصديات NuStar إلى أن المنحنى المزدوج القمة لـ PSR J2129−0429 الذي رُصد بواسطة XMM-Newton هو سمة متكررة (النوري، قيد الإعداد). قد يكون للمجال المغناطيسي القوي للرفيق دور مهم في تشكيل منحنى الضوء.

ولتحسين الإحصائيات حول الخصائص السينية للعناكب، حصلنا على رصديات XMM-Newton لأربعة أرامل سود وحمرتي ظهور حديثتي الاكتشاف لم تُرصد سابقًا بالأشعة السينية على مدار كامل. كما حصلنا على رصد كامل للمدار للحمرة الظهور PSR J2215+5135 الذي كان قد رُصد سابقًا بواسطة Chandra (). تم تلخيص التدفق الكلي من هذه المصادر ومن العناكب التي رُصدت سابقًا في الشكل 1. حوالي نصف الأرامل السود تظهر انبعاثًا حراريًا من سطح النباض، بينما البقية تظهر مكونًا غير حراري واضح. حتى مع XMM-Newton، كان من الصعب الحصول على منحنيات ضوئية مدارية واضحة للأرامل السود. أما الحمر الظهور، فيبدو أنها دائمًا تقريبًا تمتلك مكونًا غير حراري ملحوظ. منحنى الضوء لـ XMM-Newton للحمرة الظهور PSR J2215+5135 يُظهر بوضوح منحنى ضوئي مزدوج القمة حول اقتران النباض السفلي، مشابهًا لما يُرى في حمر الظهور الأخرى (جنتيلي، قيد الإعداد).

الدراسات البصرية للعناكب

يبدو أن رفقاء الأرامل السود باردون وخافتون بطبيعتهم، مع درجات حرارة للجانب الليلي \(T_{ns} \lesssim 4000\) كلفن وقيم قدر بصري \(m_V \gtrsim 23\) (انظر ). منحنيات الضوء المدارية البصرية لديهم تهيمن عليها بالكامل تقريبًا عملية تسخين الرفيق بواسطة النباض، مع كفاءات تسخين إشعاعي في حدود 10% - 30%. أما الحمر الظهور، فلديها رفقاء ساطعون جدًا مقارنة برفقاء الأقزام البيض المعتادين لنباضات الميلي ثانية، مع أطياف ودرجات حرارة مشابهة جدًا لنجوم النسق الأساسي من النوع g، رغم أن كتلهم فقط \(M_c \sim 0.15-0.5~M_{\odot}\). رصديات مرصد لاس كومبريس (LCO) باستخدام تلسكوب 1 متر لعدد من الأرامل السود الجديدة أدت غالبًا إلى حدود عليا للانبعاث البصري بقيم قدر في مرشحات SDSS \(r'\) و\(i' \gtrsim 21.5\). ومع ذلك، فقد رصدنا عدة حمر ظهور ونقوم بمراقبتها باستمرار.

في حالة الحمرة الظهور PSR J2129−0429، لاحظ وجود اتجاه خفوت في نطاق \(r'\) بين عامي 2003 و2015. لقد قمنا بمراقبة المصدر باستخدام LCO منذ 2014 في مرشحات \(g'\) و\(r'\) و\(i'\)، ولاحظنا استمرار هذا الاتجاه حتى منتصف 2016 مع تغيرات لونية متوافقة مع التبريد. منذ ذلك الحين، يبدو أن هناك زيادة في الانبعاث (النوري، قيد الإعداد). كما قمنا بمراقبة PSR J2215+5135 منذ أواخر 2014، ويبدو أن هذا النظام أيضًا قد أصبح أكثر سطوعًا بمقدار \(\sim 0.1\) قدر منذ ذلك الحين (جنتيلي، قيد الإعداد). بينما لوحظ أن الحمر الظهور تزداد سطوعًا بصريًا بمقدار \(\sim 1\) قدر عند انتقالها إلى حالة التراكم (مثلاً )، إلا أنه لم تُرصد بعد تغيرات تسبق هذا الانتقال.

اعتمد هذا العمل على بيانات تم الحصول عليها من مرصد لاس كومبريس، XMM-Newton، NuStar، وSwift. وقد تم دعم أجزاء من هذا العمل في مختبر الأبحاث البحرية من قبل رئيس الأبحاث البحرية.