بیگ بنگ: یکی از دورترین ستاره‌های کهکشان راه شیری به تازگی عجیب و غریب‌تر شد. محققان جرم یک ستارۀ نوترونی به نام PSR J0952-0607 را اندازه‌گیری کردند و دریافتند که این ستاره، با جرمی ۲.۳۵ برابر جرم خورشید، پرجرم‌ترین ستاره‌ی نوترونی است که تا کنون کشف شده است.
به گزارش بیگ بنگ، این رقم اگر درست باشد، به حد تئوری بالای جرم تقریبی ۲.۳ جرم خورشیدی برای ستاره‌های نوترونی، بسیار نزدیک است؛ و این ستاره، آزمایشگاهی عالی است برای مطالعه‌ی این ستارگان فوق‌چگال در چیزی که ما فکر می‌کنیم در آستانه‌ی فروپاشی است؛ آزمایشگاه و مطالعه‌ای برای درک بهتر حالت کوانتومی عجیب و غریب ماده‌ای که از آن ساخته شده‌اند.
“الکس فیلیپنکو” اخترفیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، می‌گوید: «تقریبا می‌دانیم که ماده در چگالی‌های هسته‌ای، مانند هسته‌ی اتم اورانیوم، چگونه رفتار می‌کند. ستاره‌ی نوترونی مانند یک هسته‌ی غول‌پیکر است، اما وقتی جرم خورشیدی آن یک و نیم برابر شود، یعنی تقریبا ۵۰۰ هزار جرم از هسته‌ی زمین وجود داشته باشد که همه به هم چسبیده باشند، آن وقت اصلا مشخص نیست که رفتارشان چگونه خواهد بود.»
ستاره‌های نوترونی هسته‌های فروپاشی‌شده‌ی ستارگان پرجرمی هستند که قبل از تبدیل شدن به ابرنواختر و پرتاب کردن بخش عمده‌ی جرم خود به فضا، جرم‌شان بین تقریبا ۸ تا ۳۰ برابر جرم خورشید است. این هسته‌ها، با جرمی حدود ۱.۵ برابر جرم خورشید، یکی از چگال‌ترین اجرام کیهان محسوب می‌شوند؛ تنها چیزی که چگال‌تر از آنهاست، “سیاهچاله” است.
جرم آنها در کره‌ای با عرض تنها ۲۰ کیلومتر فشرده شده است. در آن چگالی، پروتون‌ها و الکترون‌ها می‌توانند با نوترون‌ها ترکیب شوند. تنها چیزی که این توپ نوترون‌ها را از فروپاشی به درون سیاهچاله بازمی‌دارد، نیرویی است که برای اشغال همان حالت‌های کوانتومی لازم است؛ این نیرو فشار انحطاط نام دارد.
این گفته از جهاتی بدین معناست که ستارگان نوترونی مانند هسته‌های اتمیِ پرجرم رفتار می‌کنند. اما به سختی می‌توان گفت دری این نقطه‌ی اوج، یعنی در جایی که نوترون‌ها ساختارهای عجیب و غریب را تشکیل می‌دهند یا به مایع غلیظی از ذرات کوچک‌تر تبدیل می‌شوند، چه اتفاقی می‌افتد.
تا پیش از این، ستاره‌ی PSR J0952-0607 یکی از جالب‌ترین ستاره‌های نوترونی در کهکشان راه شیری بود. این ستاره به‌عنوان تپ‌اختر شناخته می‌شود- تپ‌اختر یعنی ستاره‌ی نوترونی‌ای که بسیار سریع می‌چرخد و فوران‌هایی از تشعشع از قطب‌های آن ساطع می‌شود. همان‌طور که این ستاره می‌چرخد، این قطب‌ها مانند یک فانوس دریایی کیهانی از کنار ناظر (ما) عبور می‌کنند و در نتیجه به نظر می‌رسد که ستاره در حال نبض زدن است و تپش دارد.
این ستاره‌ها می‌توانند به طور دیوانه‌واری سریع باشند؛ به طوری که سرعت چرخش آنها در مقیاس‌های میلی‌ثانیه‌ای است. ستاره‌ی PSR J0952-0607 دومین تپ‌اختر پرسرعت در کهکشان راه شیری است و سرعت چرخش آن ۷۰۷ بار در ثانیه است. (سریع‌ترین تپ‌اختر فقط کمی سریع‌تر است: سرعت چرخش آن ۷۱۶ بار در ثانیه است.)
به این ستاره تپ‌اختر «بیوه‌ی سیاه» نیز می‌گویند. “بیوه‌سیاه” در مداری قرار دارد که نزدیک به همدم دوتایی است- آن‌قدر نزدیک که میدان گرانشی عظیم آن، مواد را از ستاره‌ی همراه به سوی خود می‌کشد. این مواد، یک قرص برافزایشی تشکیل می‌دهند که به اطراف می‌چرخد و ستاره‌ی نوترونی تغذیه می‌شود- کمی شبیه به آبی که در اطراف یک زهکش می‌چرخد. تکانه‌ی زاویه‌ای از قرص برافزایشی به ستاره منتقل می‌شود و موجب افزایش سرعت چرخش آن می‌شود.
گروهی از محققان به سرپرستی “راجر رومانی” اخترفیزیکدان دانشگاه استنفورد، می‌خواستند پی ببرند که جدول زمانی این فرآیند برای ستاره‌ی PSR J0952-0607 چگونه است. ستاره‌ی همدم دوتایی آن کوچک است؛ جرم آن کمتر از ده درصد جرم خورشید است. این تیم تحقیقاتی مطالعات دقیقی روی این منظومه و مدار آن انجام دادند و از آن اطلاعات برای به دست آوردن اندازه‌گیری دقیق و جدید تپ‌اختر استفاده کردند.
محاسبات آنها نتیجه‌ای معادل ۲.۳۵ برابر جرم خورشید را نشان می‌دهد، یعنی ۰.۱۷ جرم خورشید را می‌دهد یا می‌گیرد. فرض اینکه جرم آغازین یک ستاره‌ی نوترونی استاندارد در حدود ۱.۴ برابر جرم خورشید است، بدین معنی است که PSR J0952-0607 از همدم دوتایی خود به اندازه‌ی ماده‌ی یک خورشیدِ کامل تغذیه کرده است. به گفته‌ی این تیم، این اطلاعاتِ واقعا مهمی است که باید در مورد ستاره‌های نوترونی داشته باشیم.
“رومانی” توضیح داد: «این یافته، قوی‌ترین محدودیت‌های مربوط به خاصیت ماده با چگالی چند برابری که در هسته‌های اتمی مشاهده می‌شود را ارائه می‌دهد. در واقع، این نتیجه، بسیاری از مدل‌های رایج فیزیک ماده- چگال را کنار می‌گذارد.»
«حداکثر جرم ستاره‌های نوترونی نشان می‌دهد که این ستاره مخلوطی از هسته‌ها و تمام کوارک‌های بالا و پایین آنها که تا هسته حل شده‌اند، می‌باشد. این امر، بسیاری از حالت‌های پیشنهادی ماده را، به ویژه حالت‌هایی که دارای ترکیب داخلی عجیب و غریب هستند، حذف می‌کند.»
این دوتایی همچنین مکانیزمی را نشان می‌دهد که به موجب آن، تپ‌اخترهای جداشده‌ی فاقد همدم دوتایی می‌توانند سرعت چرخش‌های میلی ثانیه‌ای داشته باشند. همدم J0952-0607 تقریبا از بین رفته است؛ وقتی به طور کامل بلعیده شود، تپ‌اختر (اگر از حد بالاییِ جرم منحرف نشود و بعدا در سیاهچاله سقوط نکند) سرعت چرخش فوق‌العاده سریع خود را برای مدتی طولانی حفظ خواهد کرد. و تنها خواهد بود، درست مانند همه‌ی تپ‌اخترهای میلی ثانیه‌ایِ جداشده‌ی دیگر.
“فیلیپنکو” گفت: «وقتی ستاره‌ی همدم تکامل می‌یابد و شروع می‌کند به تبدیل شدن به غول سرخ، مواد به سمت ستاره‌ی نوترونی سرازیر می‌شوند و ستاره‌ی نوترونی را به سمت بالا می‌چرخانند. اکنون ستاره‌ی نوترونی با چرخش به سمت بالا، به طرز باورنکردنی و شگفت‌انگیزی انرژی می‌گیرد و بادی از ذرات شروع به بیرون آمدن از ستاره‌ی نوترونی می‌کند. آن باد سپس به ستاره‌ی دهنده برخورد می‌کند و مواد شروع به جدا شدن می‌کنند و با گذشت زمان، جرم ستاره‌ی دهنده کاهش می‌یابد و به جرم می‌رسد و اگر زمان بیشتری بگذرد، به طور کلی ناپدید می‌شود.»
«بنابراین، این‌گونه بود که تپ‌اخترهای میلی ثانیه‌ایِ تنها می‌توانستند تشکیل شوند. آنها در ابتدا تنها نبودند- باید در یک جفت دوتایی قرار می‌گرفتند- اما به تدریج همدم‌های خود را از بین بردند و اکنون تنها و منفرد هستند.» جزئیات بیشتر این پژوهش در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
ترجمه: زهرا جهانبانی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: sciencealert.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=105331
(۲۱ نفر , میانگین : ۴,۵۲ از ۵)
