بیگ بنگ: ستاره‌های نوترونی زمانی به وجود می‌آیند که ستاره‌های غول‌پیکر در قالب ابرنواختر منفجر شده و هستۀ آنها دچار فروپاشی شود. در طی این رویداد، پروتون‌ها و الکترون‌ها به همدیگر می‌پیوندند تا نوترون‌ها را پدید بیاورند.

به گزارش بیگ بنگ، ستاره‌های نوترونی اجرام ستاره‌ای به اندازۀ یک شهر هستند اما جرم‌شان تقریباً 1.4 برابر جرم خورشید است. ستاره‌های نوترونی که با مرگ ستاره‌های بزرگ‌تر متولد می‌شوند، ویژگی‌های خاصی دارند. در این مقاله می‌خواهیم به شما نشان دهیم این اجرام چیستند، چگونه پدید می‌آیند و فرق‌شان با هم چیست.

ققنوس ستاره‌ای

وقتی ستاره‌هایی که چهار تا هشت برابر بزرگتر از خورشید هستند، در قالب ابرنواختر عظیمی منفجر می‌شوند، لایه‌های بیرونی‌شان می‌تواند در نمایشی باشکوه دچار فروپاشی شود. آنچه از این رویداد به جای می‌مانَد، هسته متراکم و کوچکی است که نهایتاً آن هم فرومی‌پاشد. جاذبه آنقدر به مواد فشار وارد می‌کند که الکترون‌ها و پروتون‌ها به یکدیگر پیوسته و نوترون‌ها را به وجود می‌آورند.

جرم ستاره‌های نوترونی در قطری به اندازه 20 کیلومتر جای می‌گیرد. این ستاره‌ها به قدری متراکم هستند که یک قاشق چای‌خوری در آنها یک میلیارد تُن وزن دارد. به طور میانگین، جاذبه در ستاره‌های نوترونی 2 میلیارد برابر قوی‌تر از جاذبه در زمین است. در حقیقت، جاذبه این ستاره‌ها به قدری نیرومند است که می‌تواند تابشِ ناشی از آن ستاره‌ها را در فرایندی موسوم به عدسی گرانشی خمیده کند؛ این فرایند به اخترشناسان فرصت می‌دهد تا قسمتی از پشت ستاره را مشاهده کنند.

نیرویِ ناشی از ابرنواختر که زمینه‌سازِ پیدایش ستاره‌های نوترونی است، باعث می‌شود این ستاره‌ها چرخش فوق‌العاده سریعی داشته باشند و در یک ثانیه چندین‌بار به دور خود بچرخند. ستاره‌های نوترونی می‌توانند تا 43 هزار بار در دقیقه به دور خود بچرخند؛ که این میزان چرخش با گذشت زمان رو به کاهش می‌گذارد. اگر ستاره‎های نوترونی بخشی از یک سیستم دوتایی باشند که از انفجار مرگبار ابرنواختر جان سالم به در برده است، شرایط جالب‌تری هم می‌تواند رقم بخورد. اگر ستاره دوم جرم کمتری از خورشید داشته باشد، جرم بیشتری از همدم خود دریافت می‌کند.

ستاره‌های همدمی که 10 برابر بزرگ‌تر از خورشید هستند، انتقال جرم مشابهی را پدید می‌آورند که ناپایداریِ بیشتری داشته و مدت زمان زیادی دوام نمی‌آورند. ستاره‌هایی که جرم‌شان بیش از 10 برابرِ جرم خورشید است، مواد را در قالب بادهای خورشیدی انتقال می‌دهند. مواد در امتداد قطب‌های مغناطیسی ستاره نوترونی جریان می‌یابد. حاصل این اتفاق، ایجاد پالس‌های پرتو ایکس است. این پالس‌ها در اثر دمای بالا شکل می‌گیرند.

تا سال 2010، تقریباً 1800 تپ‌اختر از طریق تشخیص رادیویی مورد شناسایی قرار گرفته بود و 70 مورد دیگر هم با پرتوهای گاما شناسایی شد. برخی از تپ‌اخترها دارای سیاره‌هایی هستند که به دور آنها گردش می‌کند و برخی هم می‌توانند به سیاره تبدیل شوند.

انواع ستاره‌های نوترونی

بعضی از ستاره‌های نوترونی دارای جت‌هایی از مواد هستند که تقریباً با سرعت نور به بیرون جهش پیدا می‌کنند. وقتی این پرتوها از کنار زمین عبور می‌کنند، مثل فانوس می‌درخشند. دانشمندان این اجرام را به خاطر ظاهر تپنده‌شان «تپ‌اختر» نامگذاری کرده‌اند. تپ‌اخترهای عادی بین 0. تا 60 بار در ثانیه می‌چرخند، در حالی که تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه می‌توانند تا 700 بار در ثانیه بچرخند.

وقتی تپ‌اخترهای پرتو ایکس مواد جریان‌یافته از اجرام همدمِ بزرگتر را دریافت می‌کنند، آن مواد با میدان مغناطیسی برهم‌کنش می‌کنند تا پرتوهای پرقدرتی تولید نمایند که در طیف رادیویی، نوری، پرتو ایکس یا پرتو گاما دیده می‌شوند. از آنجا که منبع اصلی قدرت آنها از موادِ اجرام همدم‌شان نشات می‌گیرد، غالباً به آنها «تپ‌اخترهای وابسته به برافزایشی» می‌گویند. تپ‌اخترهایی که نیروی‌شان را از چرخش یا اسپین می‌گیرند، تحت تاثیر چرخش ستاره‌ها قرار دارند؛ چرا که الکترون‌های پرقدرت با میدان مغناطیسیِ تپ‌اخترها در بالای قطب‌ها برهم‌کنش می‌کنند. ستاره‌های نوترونی جوان قبل از کاهش دما، می‌توانند پالس‌هایی از پرتو ایکس تولید کنند؛ البته وقتی که برخی از بخش‌ها دمای بالاتری داشته باشند.

با تجمع مواد درون مگنتوسفر یک تپ‌اختر، ستاره نوترونی، پرتو گاما منتشر می‌کند. انتقال انرژی در تپ‌اخترهای پرتو گاما باعث کُند شدن چرخش ستاره می‌شود. «کِیت گندریو» از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در مریلند در سال 2018 اعلام کرده بود: «برخی از تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای کاملاً عادی هستند. روش استفاده از این تپ‌اخترها به روش استفاده از ساعت‌های اتمی در سامانه‌های هدایت جی‌پی‌اس شباهت دارد.»

مثل ستاره‌های عادی، دو ستاره نوترونی به دور همدیگر می‌چرخند. اگر آنها فاصله نزدیکی با هم داشته باشند، می‌توانند در قالب پدیده‌ای تحت عنوان «کیلونوا» حتی به سمت درون هم گردش کنند. برخورد دو ستاره نوترونی به یکدیگر باعث تولید «امواج گرانشی» شد که در سال 2017 در سراسر دنیا شنیده شد. محققان امواج گرانشی و نورِ ناشی از آن برخورد عظیم را مورد شناسایی قرار دادند. همچنین محققان به نخستین شواهد قوی دست یافتند، مبنی بر اینکه برخورد ستاره‌های نوترونی به همدیگر منبعِ بخش زیادی از طلا، پلاتینیوم و سایر عناصر سنگین در جهان است.

«هانس توماس جانکا» دانشمند در MPA اظهار داشت: «منشاء سنگین‌ترین عناصر شیمیاییِ جهان برای مدتی طولانی جامعه علمی و دانشمندان را در شگفتی فرو برده است. اکنون ما به نخستین شواهد مشاهداتی از ادغام ستاره‌های نوترونی دست یافتیم که منبع عناصر سنگین قلمداد می‌شوند. ما انتظار داریم رویدادهای ادغام ستاره‌های نوترونی بیشتری را در آینده شناسایی کنیم. امیدواریم داده‌های مشاهداتیِ حاصل از این رویدادها بتواند نکات بیشتری در خصوص ساختار درونیِ ماده هم در اختیارمان بگذارد.»

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com