ستارههای نوترونی پرجرم عجیب!!
انیمیشن یک ستاره نوترونی که در مرکز یک دیسک گاز میچرخد. (آزمایشگاه تصویر مفهومی مرکز پرواز فضایی گوددارد ناسا)
در چند صد میلی ثانیه کار زیادی نمیتوان انجام داد. با این حال، برای ستارههای نوترونی که در درخششهای دو انفجار پرتو گاما دیده میشوند، زمان کافی برای درک یک یا دو چیز در مورد زندگی، مرگ و تولد سیاهچالهها وجود دارد.
اخترشناسان اخیراً با غربال کردن آرشیو فلاشهای پرانرژی در آسمان شب، الگوهایی را در نوسانات نور به جا مانده از دو مجموعه مختلف از ستارههای در حال برخورد، کشف کردند که نشاندهنده توقفی در سفر آنها از جسم فوقالعاده متراکم به تاریکی بینهایت است.
این مکث – چیزی بین 10 تا 300 میلیثانیه – از نظر فنی معادل دو ستاره نوترونی بزرگ و تازه تشکیل شده است که محققان گمان میکنند هر کدام به اندازه کافی سریع میچرخند تا برای مدت کوتاهی از سرنوشت اجتناب ناپذیر خود به سیاهچاله جلوگیری کنند.
کول میلر، ستارهشناس دانشگاه مریلند میگوید: “ما میدانیم که GRBهای کوتاه زمانی تشکیل میشوند که ستارگان نوترونی در مدار با هم برخورد میکنند و میدانیم که آنها در نهایت به صورت یک سیاهچاله فرو میریزند، اما توالی دقیق رویدادها به خوبی درک نشده است.”
ما این الگوهای پرتو گاما را در دو انفجار مشاهده کردیم که توسط کامپتون در اوایل دهه 1990 مشاهده شد.
برای نزدیک به 30 سال، رصدخانه پرتو گامای کامپتون به دور زمین میچرخید و درخشش پرتوهای ایکس و گاما را جمعآوری میکرد که از رویدادهای فاجعه بار بدست میآمدند. این آرشیو فوتونهای انرژی بالا حاوی مجموعهای از دادهها در مورد چیزهایی مانند برخورد ستارههای نوترونی است که پالسهای قدرتمندی از تشعشعات معروف به انفجار پرتو گاما را آزاد میکنند.
ستارههای نوترونی جانوران واقعی کیهان هستند. آنها دو برابر جرم خورشید ما را در فضایی تقریباً به اندازه یک شهر کوچک قرار میدهند. این امر نه تنها چیزهای عجیبی برای ماده ایجاد میکند و الکترونها و پروتون را وادار میکند تا آنها را به غباری از نوترونها تبدیل کند، بلکه میتواند میدانهای مغناطیسی را برخلاف هر چیز دیگری در جهان ایجاد کند.
این میدانها با چرخش زیاد، میتوانند ذرات را به سرعتهای مضحک بالایی شتاب دهند و جتهای قطبی را تشکیل دهند که به نظر میرسد مانند فانوسهای دریایی سوپرشارژ «پالس» دارند.
ستارههای نوترونی زمانی تشکیل میشوند که ستارگان معمولیتر (حدود 8 تا 30 برابر جرم خورشید ما) آخرین سوخت خود را میسوزاند و هستهای با جرم 1.1 تا 2.3 خورشیدی باقی میگذارند که آنقدر سرد است که در برابر فشار گرانش خود مقاومت نمیکند.
مقداری جرم بیشتر اضافه کنید – مثلاً با انباشته کردن دو ستاره نوترونی به هم – و حتی تکانهای ضعیف میدانهای کوانتومی خودش نمیتواند در برابر اصرار گرانش برای درهم شکستن فیزیک زنده از ستاره مرده مقاومت کند. از یک حباب متراکم از ذرات، خوب، هر وحشت غیرقابل وصفی به دست می آوریم که اتفاقا قلب یک سیاهچاله است.
تئوری اساسی در مورد این فرآیند کاملاً واضح است، و محدودیتهای کلی را در مورد این امر تعیین میکند که یک ستاره نوترونی میتواند قبل از فروپاشی چقدر سنگین باشد. برای گلولههای سرد و غیر چرخنده ماده، این مرز فوقانی فقط زیر سه برابر جرم خورشیدی است، اما این همچنین به عوارضی اشاره دارد که ممکن است سفر از ستاره نوترونی به سیاهچاله را سادهتر کند.
به عنوان مثال، در اوایل سال گذشته، فیزیکدانان رصد انفجاری از پرتوهای گاما به نام GRB 180618A را اعلام کردند که در سال 2018 شناسایی شد. در پس تابش انفجار، آنها امضای یک ستاره نوترونی دارای بار مغناطیسی به نام مگنتار جرمی نزدیک به جرم دو ستاره در حال برخورد را شناسایی کردند.
تقریباً یک روز بعد این ستاره نوترونی سنگین وزن دیگر وجود نداشت، بدون شک تسلیم جرم خارقالعادهاش شد و به چیزی تبدیل شد که حتی نور هم نمیتواند از آن فرار کند.
اینکه چگونه توانست تا زمانی که در برابر جاذبه مقاومت کند، یک راز است، اگرچه میدانهای مغناطیسی آن ممکن است نقش داشته باشند.
این دو اکتشاف جدید همچنین میتوانند سرنخ هایی را ارائه دهند.
عبارت دقیقتر برای الگوی مشاهده شده در انفجارهای پرتو گاما ثبت شده توسط کامپتون در اوایل دهه 1990 یک نوسان شبه دورهای است. ترکیبی از فرکانسهایی که در سیگنال بالا و پایین میشوند را میتوان رمزگشایی کرد تا لحظات پایانی اجسام عظیم را در حین دور یکدیگر و سپس برخوردشان توصیف کند.
بر اساس آنچه محققان میتوانند تشخیص دهند، هر برخورد، جرمی را حدود 20 درصد بزرگتر از ستاره نوترونی سنگینوزن کنونی تولید کرده است (یک تپ اختر با جرم 2.14 برابر خورشید ما). آنها همچنین دو برابر قطر یک ستاره نوترونی معمولی بودند.
جالب اینجاست که این اجرام با سرعت فوقالعادهای نزدیک به 78000 بار در دقیقه میچرخند، که بسیار سریعتر از تپاختر رکورددار J1748–2446ad که تنها 707 دور در ثانیه را مدیریت میکند.
چرخشهای اندکی که هر ستاره نوترونی توانست در طول عمر کوتاه خود در کسری از ثانیه انجام دهد، می توانست با تکانه زاویه ای کافی برای مبارزه با انفجار گرانشی آنها کار کند.
اینکه چگونه این ممکن است برای سایر ادغامهای ستارههای نوترونی اعمال شود که مرزهای فروپاشی ستارهها و تولید سیاهچاله را بیشتر محو میکند، سؤالی برای تحقیقات آینده است.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
These Massive Neutron Stars Existed For Less Than The Blink of an Eye
ByMIKE MCRAE 16 January 2023
https://www.sciencealert.com/these-massive-neutron-stars-existed-for-less-than-the-blink-of-an-eye