بازنگری در ساختار پوستۀ ستاره نوترونی

بیگ بنگ: طبق محاسبات جدید، ساختار بلورین خاص پوسته‌های ستاره نوترونی که برای سال‌­ها صحیح تصور می شد، احتمالاً اشتباه است و می‌­تواند نظریه‌­ پردازان را وادار کند که در مدل­‌هایشان از برخی پدیده‌­های ستاره نوترونی، بازنگری کنند.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، پوسته‌­ی ستاره نوترونی، تنها بخشی از جرم ستاره را تشکیل می‌­دهد اما به طور قابل توجهی پدیده‌­هایی همچون آهنگ سرمایشی و تولید اشعه گاما را تحت تاثیر قرار می‌­دهد. طبق آنچه در فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است، دو تن از نظریه‌­ پردازان دریافته‌­اند که ساختاری­ که سال­‌ها فیزیک‌­دانان نجومی در نظر می­گرفتند، ناپایدار است. اگر این نتایج صحیح باشد، نظریه­‌ پردازان می‌­بایست بسیاری از وی‍‍ژگی­‌های اساسی ستاره‌­های نوترونی را بار دیگر محاسبه کنند. همچنین این شانس وجود دارد که این موجودات، چشمه قویتری از تابش گرانشی باشند که به صورت بالقوه قابل آشکارسازی است، قویتر از آنچه همگان قبلاً انتظار داشتند.

fd34aa29-e132-4dc2-8712-36deb5196f27ویژگی‌­های پوسته یک ستاره نوترونی، به شدت پدیده‌­هایی همچون انفجار های تابش ایجاد شده توسط ستاره‌­های نوترونی بسیار مغناطیسی را تحت تاثیر قرار می­دهد.

یک ستاره نوترونی هنگامی شکل می‌­گیرد که هسته یک ستاره بسیار عظیم به یک ابرنواختر (سوپرنوا) فروپاشی ­کند و کره ای به قطر حدود ۲۰ کیلومتر با جرم بیشتر از جرم خورشید به جا ­گذارد. ساختار میکروسکوپی پوسته خارجی، شبکه‌­ای از هسته­‌های غنی از نوترون است که توسط گاز یکنواخت الکترونی احاطه شده است. اگر شما به سمت مرکز ستاره حرکت کنید، فشار افزاینده باعث ترکیب هرچه بیشتر الکترون­‌ها و پروتون­‌ها و تشکیل نوترون­‌ها می­‌شود و در نتیجه، چگالی نوترونی در هسته­‌ها افزایش می‌­یابد. سرانجام در پوسته داخلی، هسته‌­ها قابلیت پذیرش نوترون بیشتر را از دست می­دهند و نوترو‌‌ن­‌های آزاد یک ابر شاره که به شبکه نفوذ می‌­کند را می­سازند.

تغییر شکل­‌ها و شکاف­‌ها در پوسته­‌های ستاره‌­های نوترونی به پدیده‌­هایی همچون امواج گرانشی، انفجارهای اشعه گاما و رخدادهایی که در آن­ها چرخش ستاره ناگهان سرعت می­‌گیرد، ارتباط داده می­‌شوند. ساختار پوسته‌­ی داخلی، کلید فهم این رخدادها است. نظریه‌­ پردازان، بسیاری از جوانب پوسته داخلی را بررسی کرده‌­اند. برای مثال، ارتعاشات شبکه را مورد تحلیل قرار داده‌­اند. دمیتری کوبایوکوف، از دانشگاه امیا در سوئد می­‌گوید «این موضوع از دهه ۱۹۷۰ مورد مطالعه بوده است.» ساختار پوسته‌­ی داخلی، به صورت شبکه به اصطلاح مکعب مرکز پر (bcc) (هر واحد مکعبی از بلور، هسته­‌ها را در مرکز و هشت راس جای داده است) و گاز الکترونی که در سرتاسر ساختار جریان دارد، مدل­‌سازی شده است. اما تصور بر این بود که نوترون­‌های آزاد اثر کمتری داشته باشند.

کوبایوکوف و کریستوفر پتیک از دانشگاه کپنهاگ و موسسه فیزیک نظری وابسته به شمال اروپا (NORDITA) در استکهلم، در این کار جدیدشان، برهم­کنش میان نوترون­‌های آزاد و شبکه را توضیح داده‌­اند. آن­‌ها دریافتند که نوترون­‌ها تا حدی مشابه جزء اضافی در آلیاژ فلزی هستند و باعث یک کشش موثر میان هسته‌­ها می­‌شوند. این کشش، اثرات چشمگیری روی پاسخ پوسته به ارتعاشات شبکه با طول موج کوتاه دارد. شبکه به طور مداوم با ارتعاشاتی که گستره وسیعی از طول موج­‌ها را دارد، به آهستگی تکان می­‌خورد. این تیم متوجه شده است که سیستم در طول موج‌­های کوتاه‌تر از حدود ۲ تا ۵ برابر فاصله شبکه، ناپایدار است و کمبود استحکام باعث می‌­شود اندازه ارتعاشات به طور مداوم رشد کند. کوبایوکوف بر این نظر است که ناپایداری ایجاب می­‌کند فرض معمول آرایش بلورین bcc هسته‌­ها، نادرست باشد.

ادوارد براون (Edward Brown)، پژوهش‌­گری از دانشگاه ایالت میشیگان در لنسینگ شرقی می­گوید «بسیاری از مدل­‌های ما ممکن است احتیاج به اصلاح داشته باشند و یا حتی به‌­طور کلی کنار گذاشته شوند.» همچنین او بیان می‌­کند «اگر ساختار شبکه متفاوت باشد، در این صورت بسیاری از ویژگی‌­ها نیاز به محاسبه دوباره دارند. فیزیک بسیار جالب و مهمی می‌­تواند به میزان زیاد در آن وجود داشته باشد.» ساختار پوسته داخلی، استحکام و قدرت پوسته را تحت تاثیر قرار می­‌دهد و می‌­تواند باعث تاثیر عمده‌­ای روی رفتار ستاره شود. برای مثال، اگر پوسته یک ستاره نوترونی به اندازه قوی مستحکم باشد، می‌­تواند ساختارهای کوه-مانند روی سطح‌­اش را حفظ کند. ستاره‌­های نوترونی می‌­توانند بیشتر از ۶۰۰ بار در ثانیه بچرخند. همراه با این چرخش، کوه­‌ها امواج کوچکی را در فضا-زمان ایجاد می‌­کنند که به نام امواج گرانشی شناخته­ می‌­شوند. این امواج ممکن است توسط رصدخانه موج گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO) که تلاشی در راستای اولین ردیابی مستقیم امواج گرانشی است، قابل آشکارسازی باشد. براون می­‌گوید « پوسته می­تواند بسیار سخت‌­تر از آنچه ما تصور می­‌کردیم باشد و بتواند کوه­های بسیار بزرگتر را حفظ کند که در این صورت هدف بسیار جذاب‌­تری برای LIGO خواهد بود.»

چنین افزایشی در استحکام، گسیختگی‌­های زمین لرزه مانند در پوسته را نیز تحت تاثیر قرار می‌­دهد. این ­گسیختگی­‌ها احتمالاً به انفجارهای اشعه گاما که از مگنتارها (ستاره­های نوترونی بسیار مغناطیسی) مشاهده شده است، مربوط می­‌شوند. نظر براون بر این است که پژوهشگران که این پدیده­‌ها را مطالعه می‌­کنند ممکن است نیاز باشد این نتایج را به‌­دقت ببینند، « این نتایج می‌­تواند چیزها را خیلی تغییر دهد یا اینکه آن­‌ها را تنها به میزان کمی اصلاح کند.»

منبع:physics

مرجع: PhysRevLett

ترجمه: آزاده نعمتی

image_pdfimage_print
(12 نفر , میانگین : 4٫92 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=9477

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *