ستارگان نوترونی چیستند؟

سحابی خرچنگ در صورت فلکی ثور بقایای به جامانده از یکی انفجار ابرنواختری است که در سال ۱۰۵۴ میلادی مشاهده و ثبت شده است. در آن سال این ستاره‌ی نوظهور  به مدت ۲۳ روز، در مکانی که الان سحابی خرچنگ قرار دارد با نورانیتی در حدود سیاره زهره در آسمان می‌درخشید. اکنون در قلب این سحابی ستاره‌ای بسیار کم فروغ در هر ثانیه بیش از ۳۰ بار روشن و خاموش می‌شود! این‌جا یکی از قوی‌ترین منابع امواج رادیویی و پرتو ایکس در آسمان است که در حقیقت آثاری از تپش یک ستاره نوترونی است که از  آن ستاره اصلی به جامانده است.

(با کلیک بر روی عکس ها، آنها را بزرگتر ببینید)

ستارگان نوترونی

ستارگان نوترونی چگال‌ترین و متراکم‌ترین ستارگان موجود هستند. تصور این‌‌که یک حبه قند از ماده این ستارگان صدمیلیون تُن جرم داشته باشد، واقعا دیوانه کننده است!! تاکنون بیش از ۱۰۰۰ ستاره نوترونی کشف شده‌اند که جرم آن‌ها بین ۱/۵ تا ۳ برابر جرم خورشید است، ولی قطرشان از ۲۰ تا ۳۰ کیلومتر بیشتر نیست.

در حقیقت این ستارگان توده‌هایی متراکم از نوترون کنارِ هم قرارگرفته هستند و هیچ فضای خالی‌ای بین این ذرات نیست؛ دقیقا مثل خرماهایی که در جعبه خرما کنار هم چیده شده‌اند. چگالی آن‌ها هم‌ارز چگالی هسته اتم‌هاست، یعنی ۱۰۱۷ کیلوگرم در هر مترمکعب!

ستارگان نوترونی آخرین بازمانده از ستارگانِ سنگینی هستند که پس از انفجار اَبَرنواختری، جرم هسته باقی مانده از ستاره بیش از ۱/۴ برابر جرم خورشید باشد. در این هسته که ترکیبی است از پروتون، نوترون و الکترون؛ نیروهای هسته‌ای هم نمی‌توانند در مقابل فشار بسیار شدید گرانشی تحمل کنند و ستاره دوباره برروی خود فرومی‌ریزد تا الکترون‌ها و پروتون‌ها ترکیب شده و به نوترون تبدیل شوند. در این مرحله به قدری متراکم می‌شود که از کره‌ای که کمی بزرگتر از زمین بوده (همان کوتوله سفید)، به کره‌ای با قطر حدود ۲۰ کیلومتر تبدیل می‌شود؛ کره‌ای مملوّ از نوترون‌های به هم چسبیده.

براساس مدل‌های ستاره‌ای و مشاهداتِ رصدی، ستارگانی که جرمی بین ۸ تا ۲۰ برابر جرم خورشید دارند به ستاره نوترونی تبدیل می‌شوند. جرم این ستاره نوترونی نمی‌تواند بیش از ۳ برابر خورشید باشد، چون در این صورت، باز نیروی گرانش غلبه کرده و آن را به قدری متراکم می‌کند تا به یک سیاه‌چاله تبدیل می‌شود و قطری درحدود یک کیلومتر پیدا خواهد کرد!

با نزدیک ترین ستاره نوترونی به زمین در این مقاله آشنا شوید. (کلیک کنید) 

تپ اخترها

اما ماجرای تپ‌اخترها چه ارتباطی به ستارگان نوترونی دارد؟

ستاره اولیه‌ای که به یک ستاره نوترونی تبدیل شده، در حال چرخش بوده و همزمان با تراکم و کوچکتر شدن‌های پی‌درپی، بر سرعت چرخش آن افزوده می‌شود، به حدی که در مرحله نوترونی شدن، حتی تا هزار بار در ثانیه خواهد چرخید (فوق العاده است!).

علاوه بر این به علت تراکم بسیار زیادی که پیداکرده است شدت میدان مغناطیسی آن هم هزاران برابر افزایش یافته است. از طرفی الکترون‌های بی‌شماری که در اطراف و قسمت‌های خارجی ستاره قراردارند در برهمکنش با این میدان مغناطیسی قوی، تشعشعاتِ پرانرژی تابش می‌کنند که با شدت زیاد از دو قطبِ ستاره به بیرون تابیده می‌شوند. این تابش‌ها در همه طول موج‌های طیف الکترومغناطیس خواهد بود.

حال اگر هنگام چرخش ستاره، امتداد تابش این پرتوها در جهت دید ما برروی زمین باشد، باعث می شود که ما آن را به صورت یک ستاره تپنده مشاهده کنیم که به سرعت روشن و خاموش می شود. در واقع ترکیب این تابش‌های قوی که فقط از دو قطب ستاره خارج می‌شود با چرخش سریع ستاره سبب می‌شود تا ستارگان نوترونیِ چرخان را به صورت چراغ‌های چشمک زنی همانند فانوس‌های دریایی رصد کنیم. این ستارگان تپنده دوره تناوب‌های بسیار کوتاهی در محدوده صدم و هزارم ثانیه دارند. به این اجرام تپ‌اختر (Pulsar) گفته می‌شود.

آن چیزی هم که اکنون در قلب سحابی خرچنگ مشاهده می‌کنیم و با دوره تناوب ۰/۰۳۳ ثانیه درحال تپش است یکی از شناخته‌شده‌ترین تپ‌اخترهای آسمان است.

البته به مرور زمان براثر از دست دادن انرژی چرخشی خود، سرعت دوران آن‌ها کاهش یافته و دوره تناوب آن‌ها بزرگتر خواهد شد. یکی از موارد جالب تپ اختر sxp1062 است در ابر کوچک ماژلانی که دوره تناوب بسیار بزرگی دارد! در مقاله «تپ اختر تنبل!» بیشتر با آن آشنا شوید.

نویسنده: محمد همایونی

در صورت تمایل می‌توانید فایل پی دی اف این مقاله را از لینک زیر دانلود کنید: