حزم نسبية

الحزم النسبية (المعروفة أيضًا باسم حزم دوبلر أو اندفاعات دوبلر أو تأثير المصباح الأمامي) هي عملية تعدل بها التأثيرات النسبية الضياء الظاهري للمواد المنبعثة التي تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء. في السياق الفلكي، تحدث الحزم النسبية عادةً في حالة وجود تدفقين ماديين بلازميين متعاكسين ينشآن من جُرم مركزي متراص يراكم المادة. يُستعان بالأجسام المتراكمة والانبعاثات النسبية لشرح الظواهر المرصودة التالية: ثنائيات الأشعة السينية، وانفجارات أشعة غاما، والأنوية المجرية النشطة (إيه جي إن) على نطاق أكبر بكثير. (ترتبط النجوم الزائفة أيضًا بالأجسام المتراصة التراكمية، ولكن يُعتقد أنها إحدى أشكال إيه جي إن.)

تؤثر الحزم على الضياء الظاهري للأجرام المتحركة تمامًا مثل تأثير المنارة على مظهر الضوء الصادر منها: يظهر الضوء خافتًا أو غير مرئي للسفينة إلا عندما تتجه المنارة الدوارة نحوها. يوضح ما يسمى بتأثير المنارة مدى أهمية اتجاه الحركة بالنسبة للراصد. تخيل سحابةً غازية تتحرك بالنسبة للراصد وتصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا. إذا كان الغاز يتحرك باتجاه الراصد، فسيكون أكثر سطوعًا مما لو كان ساكنًا، ولكن إذا كان يبتعد، فسيبدو أكثر خفوتًا. يتضح حجم التأثير في تدفقات إيه جي إن الخاصة بمجرة إم 87 و3 سي 319. تحتوي مجرة إم 87 على تدفقين ماديين، أحدها مُوجه نحو الأرض والآخر بعيدًا عنها بشكلٍ مباشرٍ تقريبًا؛ التدفق الموجه نحو الأرض مرئي بوضوح (الدفق المادي الطويل المائل للزرقة في الصورة العلوية)، في حين أن التدفق الآخر أكثر خفوتًا لدرجة تحول دون رؤيته. في مجرة 3 سي 31، يصنع التدفقان (المُوضحان في الشكل السفلي) زاويةً قائمةً مع خط نظرنا، وبالتالي، كلاهما مرئيان. يميل التدفق العلوي باتجاه الأرض قليلًا، وبالتالي فهو أكثر سطوعًا.

تنتج الأجسام المتحركة نسبيًا بسبب مجموعة متنوعة من التأثيرات الفيزيائية. يؤدي الانحراف الضوئي إلى انبعاث معظم الفوتونات على طول اتجاه حركة الجسم. يغير تأثير دوبلر طاقة الفوتونات عن طريق إزاحتها نطو الطيف الأحمر أو الأزرق. أخيرًا، تختلف الفترات الزمنية المُقاسة بواسطة الساعات المتحركة بنفس سرعة الجسم المنبعث عن تلك التي يقيسها الراصد على الأرض بسبب تمدد الزمن وتأثيرات زمن وصول الفوتونات. توضح المعادلة التي تصف تأثير دوبلر النسبي كيف تعدل كل هذه التأثيرات السطوع، أو الضياء الظاهري، للجسم المتحرك (هذا هو سبب تسمية الحزم النسبية بحزم دوبلر).

نموذج تدفق مادي بسيط 
أبسط نموذج للتدفق المادي هو نموذج الكرة المتجانسة المتحركة باتجاه الأرض بسرعة الضوء تقريبًا. هذا النموذج البسيط ليس واقعيًا، لكنه يوضح العملية الفيزيائية للحزم بشكل جيد.

طيف السنكروترون والفهرس الطيفي 
تبعث التدفقات المادية النسبية معظم طاقتها عبر انبعاثات سنكروترونية (دورانية تزامنية). في نموذجنا البسيط، تحتوي الكرة على إلكترونات نسبية بدرجة كبيرة وحقل مغناطيسي ثابت. تتحرك الإلكترونات الموجودة داخل الفقاعة بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء ويجري تدويرها بقوةٍ بواسطة الحقل المغناطيسي. يؤدي تغير اتجاه الإلكترون إلى إطلاق طاقة على شكل فوتون. مع عدد كافٍ من الإلكترونات وحقل مغناطيسي قوي بما يكفي، يمكن أن تبعث الكرة النسبية عددًا كبيرًا من الفوتونات، ذات ترددات تتراوح بين الترددات الراديوية الضعيفة نسبيًا وترددات الأشعة السينية القوية.

المراجع 

فيزياء فلكية