ما هو حجم النجم النيوتروني؟ هذه النجوم المنهارة الشديدة الكثافة صغيرة إلى حد ما ، فيما يتعلق بالأجسام النجمية. على الرغم من أنها تحزم كتلة نجم كامل الحجم ، إلا أن حجمها غالبًا ما يُقارن بعرض مدينة متوسطة إلى كبيرة الحجم. لسنوات ، ربط علماء الفلك النجوم النيوترونية في مكان ما بين 19-27 كم (12 إلى 17 ميلاً). هذا في الواقع دقيق تمامًا ، بالنظر إلى مسافات وخصائص نجوم النيوترونات. لكن علماء الفلك عملوا على تضييق ذلك إلى نقطة متساويةأكثرقياس دقيق.
لقد فعل ذلك فريق دولي من الباحثين الآن. باستخدام البيانات من عدة تلسكوبات ومراصد مختلفة ، قام أعضاء معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ، معهد ألبرت أينشتاين (AEI) بتضييق تقديرات حجم النجوم النيوترونية بمقدار ضعفين.
قال بدري كريشنان ، الذي قاد فريق البحث في AEI هانوفر: 'وجدنا أن النجم النيوتروني النموذجي ، الذي يبلغ ثقله 1.4 مرة مثل شمسنا ، يبلغ نصف قطره حوالي 11 كيلومترًا'. 'تحدد نتائجنا نصف القطر المحتمل في مكان ما بين 10.4 و 11.9 كيلومترًا.'
وهذا يترجم ما بين 20.8 - 23.8 كم (13-14.8 ميل) في القطر.
تم عرض الشفق اللاحق لـ GW170817 في لقطات مقربة تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ، مما يُظهر أنه يتضاءل في السطوع على مدار أيام وأسابيع. المصدر: NASA و ESA: A. Levan (U. Warwick) ، N. Tanvir (U. Leicester) ، و A. Fruchter and O. Fox (STScI)
إن هدف دراسة هذا الفريق مشهور إلى حد ما: t اندماج ثنائي من النجوم النيوترونية GW170817 والذي أنشأ موجات الجاذبية التي تم اكتشافها في عام 2017 بواسطة LIGO (مرصد موجات الجاذبية بمقياس التداخل بالليزر) واتحاد برج العذراء. تمت دراسة هذا الجسم عدة مرات بواسطة تلسكوبات متعددة ، بما في ذلك القمر الصناعي فيرمي وتلسكوب هابل الفضائي والتلسكوبات والمراصد الأخرى حول العالم. كل هذه الملاحظات أعطت فريق ماكس بلانك حمولة كبيرة من البيانات للعمل معها.
'اندماج النجوم الثنائية النيوترونية هو منجم ذهب للمعلومات!' قال كولين كابانو ، الباحث في AEI Hannover والمؤلف الرئيسي لكتاب أ بحث منشور في مجلة Nature Astronomy. تحتوي النجوم النيوترونية على المادة الأكثر كثافة في الكون المرئي. ... من خلال قياس خصائص هذه الأشياء ، نتعرف على الفيزياء الأساسية التي تحكم المادة على المستوى دون الذري. '
تتكون النجوم النيوترونية عندما ينفد وقود نجم ضخم وينهار. تنهار المنطقة المركزية جدًا للنجم - اللب - ، مما يؤدي إلى سحق كل بروتون وإلكترون معًا في نيوترون. إذا كان لب النجم المنهار بين كتلة شمسية واحدة وثلاث كتل شمسية ، فإن هذه النيوترونات حديثة النشأة يمكنها إيقاف الانهيار ، تاركة وراءها نجمًا نيوترونيًا.
ستستمر النجوم ذات الكتل الأعلى في الانهيار إلى ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية.
رسم توضيحي لفنان لنجمين نيوترونيين مدمجين. تمثل الحزم الضيقة انفجار أشعة جاما بينما تشير شبكة الزمكان المتموجة إلى موجات الجاذبية المتناحرة التي تميز الاندماج. تعتبر السحب الدوامة للمواد المنبعثة من النجوم المندمجة مصدرًا محتملاً للضوء الذي شوهد عند الطاقات المنخفضة. الائتمان: National Science Foundation / LIGO / جامعة ولاية سونوما / أ. سيمونيت
لكن الانهيار إلى نجم نيوتروني يخلق أكثر جسم معروف كثافة - مرة أخرى ، جسم بكتلة الشمس سحق إلى حجم مدينة. ربما سمعت هذه المقارنة الأخرى من قبل ، لكنها تستحق التكرار نظرًا لمدى دراماتيكية: مكعب سكر واحد من مادة النجوم النيوترونية يزن حوالي 1 تريليون كيلوغرام (أو 1 مليار طن) على الأرض - تقريبًا مثل جبل قمة افرست.
استخدم فريق البحث نموذجًا يعتمد على الفهم الأساسي لكيفية تفاعل الجسيمات دون الذرية عند الكثافة العالية الموجودة داخل النجوم النيوترونية.
ولكن بما أن حجم النجوم الأخرى يمكن أن يختلف بشكل كبير ، ألا يمكن أن يختلف حجم النجوم النيوترونية أيضًا؟
أولاً ، للتوضيح ، نصف القطر المذكور في هذه الدراسة هو لنجم نيوتروني كتلته 1.4 ضعف كتلة شمسنا.
قال كابانو لـ Universe Today في رسالة بريد إلكتروني: 'هذه كتلة إيمانية تُستخدم عادةً في الأدبيات لأن جميع النجوم النيوترونية تقريبًا التي لوحظت في ثنائي لها كتلة قريبة من هذه القيمة'. 'السبب في أنه يمكننا استخدام GW170817 لتقدير نصف قطر 1.4 نجم نيوتروني كتلته الشمسية هو أننا نتوقع أن تكون جميع النجوم النيوترونية تقريبًا مصنوعة من نفس المادة.'
بالنسبة للنجوم 'العادية' الأخرى ، فإن العلاقة بين كتلتها ونصف قطرها تعتمد على عدد من المتغيرات ، مثل العنصر الذي يندمج فيه النجم في قلبه ، أوضح كابانو.
'النجوم النيوترونية ، من ناحية أخرى ، مضغوطة للغاية وكثيفة ، بحيث لا توجد ذرات منفصلة حقًا فيها - النجم بأكمله عبارة عن نواة ذرية عملاقة واحدة ، تتكون بالكامل تقريبًا من نيوترونات متراصة معًا بإحكام' ، قال. لهذا السبب ، لا يمكنك التفكير في النجوم النيوترونية على أنها مكونة من عناصر مختلفة. في الواقع ، 'العنصر' ليس له حقًا أي معنى عند هذه الكثافات ، لأن ما يعرّف العنصر هو عدد البروتونات الموجودة في الذرات المكونة له '.
قال كابانو إنه نظرًا لأن جميع النيوترونات مصنوعة من نفس الأشياء (كواركات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة الغلوونات) ، يتوقع علماء الفلك أن يكون هناك رسم خرائط عالمي بين الكتلة ونصف القطر ينطبق على جميع النجوم النيوترونية.
'لذلك ، عندما نقتبس الحجم المحتمل لـ 1.4 كتلة شمسية من النجم النيوتروني ، فإن ما نقوم به في الواقع هو تقييد القوانين الفيزيائية المحتملة التي تصف العالم دون الذري ،' قال.
كما يصف الفريق في ورقتهم البحثية ، يمكن أيضًا تطبيق نتائجهم وعملياتهم على دراسة الأجسام الفلكية الأخرى ، مثل النجوم النابضة والمغناطيسية ، وحتى الطريقة التي تنبعث بها موجات الجاذبية لتوفير تفاصيل حول سبب إنشاء هذه الموجات.
قالت ستيفاني براون ، المؤلفة المشاركة للنشر وطالب دكتوراه في AEI Hannover.
أكثر:
ورق: قيود صارمة على أنصاف أقطار النجوم النيوترونية من الملاحظات متعددة الوسائط والنظرية النووية
بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك