ستارگان نوترونی

ستارگان نوترونی از عجیب ترین اجرام آسمانی هستند. سن، دما و حتی اندازه آنها بدرستی بر دانشمندان معلوم نیست.

هم اکنون اکتشاف گر ترکیب داخلی ستارگان نوترونی که بر عرشه ایستگاه فضایی بین المللی نصب شده ستاره شناسان را قادر ساخته است بسوی اندازه گیری اندازه واقعی ستارگان نوترونی گامهای مطمئن تری برداشته و درباره ساختار درونی عجیب آنها بینش دقیق تری بدست آورند.

سمت چپ این تصویر شکل گیری یک ستاره نوترونی را در چرخه عمر یک ستاره نشان می دهد. یک ستاره آبی رنگ بزرگ و جسیم پس از به پایان رساندن ذخیره سوخت هیدروژن هسته خود، دیگر نمی تواند در برابر فشار گرانشی مقاومت کند. در نتیجه هسته آن متراکم شده و دمای عظیم ناشی از تراکم لایه های بیرونی را منبسط می کند. در نتیجه به یک ابرغول قرمز تبدیل می شود. فروریزش ناگهانی هسته از نقطه ای به بعد باعث انفجار ستاره به شکل یک سوپرنوا می شود. آنچه در مرکز ستاره باقی می ماند یک جرم بسیار فشرده با چگالی میلیاردها گرم بر سانتی متر مکعب است که عمدتا از نوترون ساخته شده است. 

ماده در غایی ترین شکل خود

ستارگان نوتورونی در اثر فروریزش داخلی ستارگان جسیم ایجاد می شوند و در این راه لایه های بیرونی خود را در یک انفجار ابرنوستاره ای به بیرون پرتاب می کنند. ستارگانی که حدود 8 برابر خورشید جرم دارند پس از به اتمام رساندن سوخت هیدروژن هسته خود، شروع به تبدیل هلیوم به عناصر سنگین تر مانند کربن و سپس آهن می کنند. ولی انرژی گرمایی حاصل از این همجوشی آنقدر کافی نیست که در برابر گرانش جرم عظیم ستاره مقاومت کند. در نتیجه فشار گرانشی ستاره، الکترونها و پروتونها را به هم می فشارد تا به نوترون تبدیل شوند. از آنجایی که بیشتر درون اتم فضای خالی است، ماده می تواند تا اندازه غیر قابل باوری متراکم شده به ماده ابرچگال تبدیل شود. یک قاشق چای خوری از ماده ابرچگال سازنده ستاره نوترونی 4 میلیارد تن وزن دارد! این در حالی است که ستاره عظیمی که چندین برابر خورشید قطر دارد پس از تبدیل به ستاره نوترونی قطری در حدود تنها 20 کیلومتر خواهد داشت.

اما ستاره نوترونی در بالاترین حد خود از 95 درصد نوترون تشکیل شده است. پوسته کریستالی آنها شامل الکترونها و یونهای تقریبا معمولی است. همچنانکه فشار گرانشی با عمق افزایش می یابد، پروتونها و الکترونها به هم فشرده شده و تنها نوترونها بر جای می مانند. در اینجا چگالی دو برابر هسته اتم معمولی است. در اعماق ستاره نوترونی و در هسته آن، نوترونها چنان فشرده می شوند که کوآرک های سازنده آنها آزاد می شود. برخلاف تصور، فیزیک هسته ای تنها می تواند بطور تقریبی جرم و شعاع ستارگان نوترونی را محاسبه کند.

نوترونها، کوآرک ها یا هایپرون ها؟

بدست آوردن جرم یک ستاره نوترونی آسان است بویژه اگر ستاره همراهی داشته باشد که به دور گرانیگاه مشترکی بگردند. اما تعیین اندازه آن بسیار دشوارتر است. گرانش ستارگان نوترونی آنقدر عظیم است که مسیر نور ساطع شده از آن را خم می کند. این اعوجاج گرانشی باعث می شود ستاره نوترونی بزرگتر از آنچه هست به نظر رسد.

خمیده شدن پرتوهای نور ارسالی از ستاره نوترونی تحت اثر گرانش عظیم آن باعث می شود بزرگتر از آنچه هست به نظر رسد.

اندازه گیری دقیق تر جرم و اندازه دو ستاره نوترونی شناخته شده نشان می دهد که میدان مغناطیسی ستارگان نوترونی حالتی براستی غریب دارد. به جای شکل دوقطبی معمول، یک ستاره نوترونی میدان مغناطیسی آشوبناکی دارد که دو قطب آن در یک نیمکره واقع شده اند.

میدان مغناطیسی آشوبناک یک ستاره نوترونی

دانشمندان هنوز درباره اجزای سازنده هسته ستارگان نوترونی تردید دارند. حقایق کشف شده سنایوهای مختلفی را پیش پای آنها قرار داده اند از جمله اینکه هسته یک ستاره نوترونی آمیزه ای از نوترون ها و کوارک هاست. همچنین ممکن است از ذره های جسیم تری به نام هایپرون ساخته شده باشد. ذرات مختلفی به عنوان هایپرون پیشنهاد شده اند که یکی از آنها کوارک های شگفت (strange quarks) است. نوترونها و پروتون ها از کوارک های بالا و پایین ساخته شده اند. هایپرون ها خواصی شگفت در مقایسه با پروتون ها و نوترون ها دارند. این ذرات فقط در شتاب دهنده های ذره ظاهر شده اند و بسرعت دچار واپاشی می شوند. اما در هسته ستارگان نوترونی می توانند دارای پایداری کافی بوده و برای مدت معینی در کنار هم باقی بمانند.

---

---

تدریس دروس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی مجرب - کارشناس مکانیک جامدات از دانشگاه تهران

با بیش از 23 سال سابقه تدریس خصوصی ریاضیات

09360771981

---