کوههای ستاره‌های نوترونی ممکن است مانع دید ما درباره امواج گرانشی مرموز شوند!!

این “کوهها” ممکن است صدها برابر کوچکتر از پیش‌بینی‌های قبلی باشد.

تجسم سه بعدی یک ستاره نوترونی. (اعتبار تصویر: Shutterstock)

ستاره‌های نوترونی تنها با کسری از “کوه”‌های میلی‌متری پوشیده شده‌اند، تحقیقات جدید نشان می‌دهد این کوهها صدها برابر کوچکتر از برآوردهای قبلی است.

ستارگان نوترونی اجرام ستاره‌ای فشرده‌ای هستند، از نظر اندازه شبیه یک شهر بزرگ با قطر حدود 6.2 مایل (10 کیلومتر) هستند که حداقل 1.4 جرم خورشید (1.4 برابر وزن خورشید) وزن دارند. آنها از مرگ انفجاری ستاره‌هایی متولد می‌شوند که وزن آنها بین 10 تا 25 جرم خورشیدی است. در نتیجه، آنها از متراکمترین اجرام جهان هستند و دارای یک میدان گرانشی فوق‌العاده قوی، حدود 2 بیلیون برابر قدرت زمین هستند. این گرانش شدید ستاره‌های نوترونی را به کره‌های تقریباً کاملی با پوسته صاف و جامد تبدیل می‌کند. تحقیقات قبلی نشان داد تغییر شکل پوسته کوه‌هایی را در سطح این ستاره‌ها ایجاد می‌کند.

اکنون، یافته‌های جدید، ارائه شده در نشست نجوم ملی 2021 در انگلیس در 19 ژوئیه، نشان می‌دهد که این کوهها صدها برابر کوچکتر از آنچه است که دانشمندان تصور می‌کردند.

فابیان گیتینس، محقق ارشد، دانشجوی دکتری دانشگاه ساوتهمپتون در انگلیس، به Live Science گفت: “احتمالاً باید آنها را” برجستگی”یا” تپه “نامید ، نه” کوه “.

کره‌ای ناقص

به گزارش اسپیس، پوسته یک ستاره نوترونی یک لایه جامد در خارج از ستاره است، شبیه پوسته زمین که از هسته عناصر سنگین شکسته شده و حاوی سوپ فوق‌العاده متراکم نوترون‌های درون ستاره ساخته شده است. کام گیتینز گفت، ضخامت آن حدود 0.6 مایل (1 کیلومتر) است و منطقه ستاره‌ای با کمترین تراکم است.

هنگامی که پوسته تحت فشار زیادی قرار می‌گیرد و شروع به ترک خوردن می‌کند، کوهها تشکیل میشوند. گیتینز گفت: “راههای زیادی برای شکلگیری این کوهها وجود دارد.” “تمام آنچه لازم است این است که ستاره شکل خود را تغییر دهد.”

برداشت هنری از میدان الکترومغناطیسی شدید اطراف ستاره‌های نوترونی. (اعتبار تصویر: Shutterstock)

توضیحات احتمالی برای تشکیل کوه شامل افزایش فشار میدان الکترومغناطیسی قوی آن یا این واقعیت است که آنها با گذشت زمان با سرعت کمتری می‌چرخند. گیتینز گفت، اما ممکن است علت آن نیز پدیده‌ای به نام glitching باشد که در آن ستاره ناگهان شروع به چرخش سریعتر می‌کند.

اما صرف نظر از اینکه چه چیزی باعث تشکیل کوه‌ها می‌شود، اندازه آنها توسط میزان کشش پوسته قبل از شکستن محدود می‌شود. گیتینز گفت: “هرچه پوسته قویتر باشد، کوههای بزرگتری را می‌تواند پشتیبانی کند.”

کوچکتر از حد انتظار

گیتینز و تیم وی با ایجاد مدل‌های رایانه‌ای که پوسته یک ستاره نوترونی را به طور دقیق شبیه‌سازی می‌کند، اندازه کوه‌های ستاره نوترونی را پیش‌بینی کردند.

گیتینز گفت: “ما این مدل ها را تحت تأثیر نیروهای مختلف ریاضی قرار دادیم كه کوهها را به وجود آوردند.” “ما مقدار نیروها را افزایش دادیم تا زمانی که پوسته شکست.”

این امر به تیم اجازه داد بزرگترین اندازه ممکن کوههایی را پیش بینی کنند که ستاره‌های نوترونی می‌توانند بدون شکستن حفظ کنند. پیش‌بینی جدید آنها حاکی از آن است که تخمین‌های قبلی که نشان می‌دهد این کوهها با ارتفاع حداکثر یک سانتی‌متر هستند.

گیتینز گفت: “با بررسی این مشکل، متوجه شدیم که مطالعات قبلی با رویکرد خود دارای موارد فنی بودند.”

گیتینز گفت، یکی از اصلی‌ترین موضوعات این است که پیش‌بینی‌های قبلی فرض می‌کردند پوسته ستاره‌های نوترونی به شکلی است که پوسته را حداکثر در هر نقطه دچار تنش می‌کند، اما از نظر جسمی غیرممکن است.

موج در فضا-زمان

گیتینز گفت، ستاره‌های نوترونی به دلیل حرکت زاویه‌ای که از ستاره‌های اصلی منفجر شده خود حفظ می‌کنند، به سرعت در حال چرخش هستند.

گیتینز گفت: “هنگامی که یک ستاره نوترونی که به روشی نامتقارن تغییر شکل می‌یابد در حال چرخش است، باعث ایجاد موج در  فضا-زمان در اطراف آن می‌شود.” “این امواج به عنوان امواج گرانشی شناخته می‌شوند.”

Live Science قبلا گزارش داده بود، محققان برای اولین بار امواج گرانشی را که از دو سیاهچاله چرخان ناشی می‌شود ، با استفاده از رصدخانه (LIGO) در سال 2015 تشخیص دادند. پیش از این لایو ساینس گزارش داده بود که LIGO دو رویداد موج گرانشی جداگانه را شناسایی کرده است که در اثر برخورد ستاره‌های نوترونی حاصل شده‌اند، اما ستاره‌های نوترونی منزوی همچنان گریزان هستند.

گیتینز گفت: “در حال حاضر، ما نتوانسته‌ایم امواج گرانشی ستاره‌های نوترونی چرخان را تشخیص دهیم.” وی افزود: اما این عدم کشف همچنین چیزهای زیادی در مورد ستاره‌های نوترونی به دانشمندان می‌گوید.

هرچه كوههای موجود در ستاره‌های نوترونی كوچكتر باشند، امواج گرانشی نیز تولید می‌كنند. بنابراین، عدم تشخیص آنها ممکن است از پیش‌بینی‌های گیتینز پشتیبانی کند.

گیتینز گفت: “با توجه به اینکه از حساسیت آشکارسازهای خود اطلاع داریم، می‌توانیم محدوده‌های بالایی را برای اندازه کوههای ستاره‌های نوترونی تعیین کنیم.” “روند کلی این است که محدودیت‌های بالاتر در حال کوچکتر شدن هستند.”

بنابراین، ممکن است مدتی طول بکشد تا دانشمندان بتوانند آشکارسازهایی بسازند که بتوانند موج‌های فضا-زمانی را که توسط این برآمدگی‌های میکروسکوپی به سرعت در حال چرخش است، تشخیص دهند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Neutron star ‘mountains’ may be blocking our view of mysterious gravitational waves

By Harry Baker

https://www.space.com/millimeter-tall-neutron-star-mountains