أنماط السطح لأنماط الالتواء المختلفة. رصيد الصورة: ماكس بلانك. اضغط للتكبير
أعطى انفجار هائل على سطح نجم نيوتروني فرصة لعلماء الفلك للنظر داخل سطحه ، على غرار كيفية فهم الجيولوجيين لبنية الأرض تحت أقدامنا. ضرب الانفجار النجم النيوتروني وجعله يرن مثل الجرس. مرت الاهتزازات بعد ذلك عبر طبقات ذات كثافة مختلفة - صلبة أو صلبة - مغيرة الأشعة السينية المتدفقة. قدر علماء الفلك أن لها قشرة سميكة يبلغ عمقها حوالي 1.6 كيلومتر (1 ميل) ، مطابقة للتقديرات النظرية.
استخدم فريق أمريكي ألماني من العلماء من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية وناسا مستكشف توقيت الأشعة السينية روسي التابع لناسا لتقدير عمق القشرة على نجم نيوتروني ، وهو أكثر الأجسام كثافة في الكون. القشرة ، كما يقولون ، يبلغ عمقها حوالي 1.6 كيلومتر وهي معبأة بإحكام بحيث تزن ملعقة صغيرة من هذه المادة حوالي 10 ملايين طن على الأرض.
جاء هذا القياس ، وهو الأول من نوعه ، بفضل انفجار هائل على نجم نيوتروني في ديسمبر 2004. كشفت الاهتزازات الناتجة عن الانفجار عن تفاصيل حول تكوين النجم. تشبه هذه التقنية علم الزلازل ، ودراسة الموجات الزلزالية من الزلازل والانفجارات ، والتي تكشف عن بنية قشرة الأرض والداخل.
توفر هذه التقنية الجديدة في علم الزلازل طريقة لاستكشاف باطن النجم النيوتروني ، وهو مكان مليء بالغموض والتكهنات. الضغط والكثافة شديدان هنا لدرجة أن اللب قد يؤوي جزيئات غريبة يعتقد أنها كانت موجودة فقط في لحظة الانفجار العظيم.
أجرت الدكتورة آنا واتس ، من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في جارشينج ، هذا البحث بالتعاون مع الدكتور تود ستروماير من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند.
قال ستروماير: 'نعتقد أن هذا الانفجار ، وهو الأكبر من نوعه على الإطلاق ، قد هز النجم حقًا وبدأ فعليًا في الرنين مثل الجرس'. 'الاهتزازات الناتجة عن الانفجار ، على الرغم من خفوتها ، توفر أدلة محددة للغاية حول ماهية هذه الأشياء الغريبة. تمامًا مثل الجرس ، تعتمد حلقة النجم النيوتروني على كيفية مرور الموجات عبر طبقات مختلفة الكثافة ، سواء كانت صلبة أو صلبة '.
النجم النيوتروني هو البقايا الأساسية لنجم أكبر بعدة مرات من كتلة الشمس. يحتوي النجم النيوتروني على حوالي 1.4 كتلة شمسية من مادة محشورة في كرة قطرها حوالي 20 كيلومترًا فقط. قام العالمان بفحص نجم نيوتروني يُدعى SGR 1806-20 ، والذي يقع على بعد حوالي 40 ألف سنة ضوئية من الأرض في كوكبة القوس. يقع الجسم في فئة فرعية من النجوم النيوترونية عالية المغناطيسية تسمى المغناطيسية.
في 27 ديسمبر 2004 ، شهد سطح SGR 1806-20 انفجارًا غير مسبوق ، وهو ألمع حدث على الإطلاق من خارج نظامنا الشمسي. الانفجار ، المسمى Hyperflare ، نتج عن تغيير مفاجئ في المجال المغناطيسي القوي للنجم الذي تسبب في كسر القشرة ، مما أدى على الأرجح إلى حدوث زلزال ضخم. تم الكشف عن هذا الحدث من قبل العديد من المراصد الفضائية ، بما في ذلك مستكشف روسي ، الذي لاحظ انبعاث ضوء الأشعة السينية.
يعتقد Strohmayer و Watts أن التذبذبات هي دليل على الاهتزازات الالتوائية العالمية داخل قشرة النجم. تشبه هذه الاهتزازات الموجات S التي يتم ملاحظتها أثناء الزلازل الأرضية ، مثل الموجة التي تتحرك عبر حبل. وجدت دراستهم ، بناءً على ملاحظات الاهتزازات من هذا المصدر بواسطة الدكتور جيان لوكا إسرائيل من المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية ، عدة ترددات جديدة أثناء التوهج الشديد.
أكد واتس وستروماير بعد ذلك قياساتهما باستخدام مصور راماتي للطاقة الشمسية الطيفي عالي الطاقة التابع لوكالة ناسا ، وهو مرصد شمسي سجل أيضًا التوهج الشديد ، ووجد أول دليل على تذبذب عالي التردد عند 625 هرتز ، مما يدل على موجات تعبر القشرة رأسياً.
وفرة الترددات - على غرار الوتر ، على عكس النغمة الواحدة - مكنت العلماء من تقدير عمق قشرة النجم النيوتروني. يعتمد هذا على مقارنة الترددات من الموجات التي تنتقل حول قشرة النجم وتلك التي تنتقل عبرها شعاعيًا. قطر النجم النيوتروني غير مؤكد ، ولكن استنادًا إلى تقدير عرضه بحوالي 20 كيلومترًا ، سيكون عمق القشرة حوالي 1.6 كيلومتر. هذا الرقم ، بناءً على الترددات المرصودة ، يتماشى مع التقديرات النظرية.
يحمل علم الزلازل النجمية وعدًا كبيرًا لتحديد العديد من خصائص النجوم النيوترونية. قام Strohmayer و Watts بتحليل بيانات روسي المؤرشفة من توهج مغناطيسي باهت 1998 (من SGR 1900 + 14) ووجدوا تذبذبات منبهة هنا أيضًا ، على الرغم من أنها ليست قوية بما يكفي لتحديد سماكة القشرة.
قد يكشف انفجار نجم نيوتروني أكبر تم اكتشافه في الأشعة السينية عن أسرار أعمق ، مثل طبيعة المادة في قلب النجم. أحد الاحتمالات المثيرة هو أن النواة قد تحتوي على كواركات حرة. الكواركات هي اللبنات الأساسية للبروتونات والنيوترونات ، وفي ظل الظروف العادية دائمًا ما تكون مرتبطة ببعضها البعض بإحكام. إن العثور على دليل على الكواركات الحرة سيساعد في فهم الطبيعة الحقيقية للمادة والطاقة. لا يمكن للمختبرات على الأرض ، بما في ذلك مسرعات الجسيمات الضخمة ، أن تولد الطاقات اللازمة للكشف عن الكواركات الحرة.
قال واتس: 'النجوم النيوترونية هي مختبرات رائعة لدراسة الفيزياء المتطرفة'. 'نود أن نكون قادرين على فتح أحدها ، ولكن نظرًا لأن هذا لن يحدث على الأرجح ، فإن مراقبة تأثيرات التوهج المغناطيسي للنجم المغناطيسي على نجم نيوتروني ربما تكون أفضل شيء تالي.'
المصدر الأصلي: جمعية ماكس بلانك