برای نخستین بار رفتار گرما-هسته ای یک ستاره نوترونی ثبت شد

* پژوهشگران با ثبت و بررسی فوران های گرما-هسته ای این ستاره ی نوترونی، برای نخستین بار
پیوندی میان نظریه ها و واقعیت های مشاهده شده بر فرار کردند.

یک ستاره ی نوترونی نزدیک ترین جرم به یک سیاهچاله است که ستاره شناسان توان دیدن مستقیم آن را دارند. این ستارگان، جرمی به اندازه ی بیش از نیم میلیون برابر جرم زمین را در کره ای به اندازه ی یک شهر جا داده اند. در اکتبر 2010، یک ستاره ی نوترونی نزدیک مرکز کهکشان خودمان، فورانی از صدها انفجار پرتو ایکس به راه انداخت که از انفجارهای گرما-هسته ای پیاپی در روی سطح آن نیرو می گرفتند. کاوشگر زمان سنج پرتو ایکس رُزی ناسا (RXTE) این رگبار فوران ها که حدود یک ماه به درازا کشید را در جزییاتی دقیق ثبت نمود. [اینک] یک گروه بین المللی از اخترشناسان توانسته اند با بهره از این داده ها، پیوندی میان تئوری و مشاهدات برقرار سازند.

مانوئل لینارس، پژوهشگر فوق دکترا در بنیاد کاولی برای اخترفیزیک و پژوهش های فضایی در بنیاد تکنولوژی ماساچوست (MIT) در کمبریج، می گوید: «رفتارهایی که ما در عرض یک ماه در این سامانه ی منحصر به فرد شناسایی کردیم، در مشاهداتمان از حدود 100 ستاره ی نوترونی فوران کننده طی 30 سال گذشته ندیده بودیم.» مانوئل لینارس رهبری یک پژوهش در داده های RXTE را بر عهده دارد که مقاله ی آن در شماره ی 20 مارس نشریه ی اخترفیزیک منتشر خواهد شد.
مقایسه‌ای میان اندازه‌ی یک ستاره‌ی نوترونی و منهاتان نیویورک. ستاره‌ی نوترونی هسته‌ی رُمبیده و فشرده‌ی ستاره‌ایست که خود به شکل یک ابرنواختر منفجر شده. ستارگان نوترونی جرمی بیش از خورشید را در کره‌ای به قطر تنها ۱۰ تا ۱۵مایل جا داده‌اند.
در 10 اکتبر 2010، ماهواره ی INTEGRAL متعلق به آژانس فضایی اروپا یک چشمه ی گذرای پرتو X را در حهت Terzan 5، یک خوشه ی ستاره ای کروی که حدود 25,000 سال نوری از ما فاصله داشته و در صورت فلکی کمان (قوس) دیده می شود ردیابی کرد. این جرم با عنوان IGR J17480-2446، در رده ی سیستم های دوتایی پرتو ایکس کم جرم قرار دارد و در آن، یک ستاره ی نوترونی به گرد ستاره ای بسیار شبیه خورشید می چرخد و جریانی از مواد را از آن ستاره به سوی خود می کشد. این تنها دومین چشمه ی درخشان پرتو ایکسی بود که در این خوشه یافته می شد و از همین رو لینارس و همکارانش نامش را کوتاه کرده و آن را T5X2 خواندند.

RXTE سه روز پس از یافتن این چشمه، T5X2 را مورد بررسی قرار داد و تپ هایی (پالس هایی) منظم در تابشش شناسایی نمود، که نشان می داد آن جرم یک تپ اختر یا پولسار می باشد - گونه ای از ستارگان نوترونی که انرژی الکترومغناطیس را در بازه های متوالی منتشر می کنند. میدان مغناطیسی نیرومند این جرم، گازی که به سوی آن سرازیر می شد را به سمت قطب های مغناطیسیش هدایت می کرد، و این باعث شکل گیری نقاط پرانرژی می شد که به همراه ستاره ی نوترونی می چرخیدند و چرخش آن ها به ایجاد تپ هایی از پرتو ایکس می انجامید. تاد استرامایر و کریگ مارکوارت، دانشمندان RXTE در مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در گرین بلت مریلند، نشان دادند که RXTE با سرعت 11 بار در ثانیه - که برای یک ستاره ی نوترونی ملایم بود - به دور خود می چرخد. و از آن جایی که حرکت مداری تپ اختر باعث تغییراتی کوچک ولی منظم در بسامد تپ ها می شود، نشان دادند که این تپ اختر و همدم خورشیدسانش هر 21 ساعت یک بار به دور یکدیگر می گردند.

در همان روز، RXTE نخستین فوران از این سامانه را مشاهده کرد: یک برق شدید پرتو ایکس که حدود 3 دقیقه ادامه داشت و در اثر یک انفجار گرما-هسته ای روی سطح ستاره ی نوترونی پدید آمده بود. در پایان، RXTE از 13 اکتبر تا 19 نوامبر، حدود 400 مورد فوران شبیه این را شناسایی و فهرست بندی کرد، به همراه فوران های اضافی که توسط INTEGRAL و رصدخانه های سویفت و چاندرای ناسا مشاهده شده بود. ناسا در 5 ژانویه ی 2012 به کار RXTE پایان داد.

در سامانه ی T5X2، مواد از ستاره ی خورشیدسان به سوی ستاره ی نوترونی سرازیر می شوند، فرآیندی که "برافزایش" نامیده می شود. از آن جایی که یک ستاره ی نوترونی جرمی بیش از جرم خورشید را در کره ای به قطر 10 تا 15 مایل فشرده ساخته است - تقریبن به اندازه ی مانهاتان یا ناحیه ی کلمبیا - گرانش سطح آن به شدت بالاست. مواد با نیرویی باورنکردنی به سطح این تپ اختر سرازیر می شوند و سرانجام آن را با لایه ای از سوخت هیدروژن و هلیوم می پوشانند. وقتی ضخامت این لایه به اندازه ی معینی برسد، سوخت متحمل یک واکنش گرما-هسته ای مهار گسیخته شده، منفجر می شود، و شراره های نیرومند پرتو ایکسی که توسط RXTE و دیگر فضاپیماها آشکار شد را پدید می آورد. هر چه فوران بزرگ تر باشد، گسیلش پرتو ایکس آن نیز بیشتر خواهد بود.

مدل هایی که برای توضیح این فرآیندها طراحی شده اند یک پیش بینی انجام داده بودند که هرگز توسط مشاهدات مورد تایید قرار نگرفته بوده. بنا بر این پیش بینی، در بالاترین سرعت برافزایش (کشیده شدن و گرد آمدن ماده به دور ستاره ی نوترونی) جریان سوخت به سوی ستاره ی نوترونی می تواند ضامن واکنش های پیوسته و پایدار گرما-هسته ای بشود بدون آن که باعث به راه افتادن انفجارهای اتفاقی و گاه گاهی بشود.

T5X2 در آهنگ پایین برافزایش برای انبوه شدن و انفجار سوخت، الگوی آشنای پرتو ایکس را نشان می دهد: یک شراره ی نیرومند از گسیلش پرتو ایکس و در پی آن یک آرامش طولانی با بازسازی لایه ی سوخت. در آهنگ های بالاتر برافزایش که حجم بزرگ تری از گاز به سوی ستاره ی نوترونی سرازیر می شود، ویژگی های الگو تغییر می کند: شراره های گسیلشی کوچک تر شده و بیشتر رخ می دهند.

ولی در بالاترین آهنگ ها، شراره های نیرومند ناپدید می شوند و الگو به موج های آرام گسیلشی تبدیل می شوند. لینارس و همکارانش این را به عنوان نشانه ای از همجوشی هسته ای با پایداری حاشیه ای یا marginall دانستند که در آن، واکنش ها به طور برابر در لایه های سوخت رخ می دهند، درست همانگونه که نظریه پیش بینی کرده بود.

دیه گو آلتامیرانو، یک اخترفیزیکدان در دانشگاه آمستردام هلند و یکی از نویسندگان مقاله ای که به شرح این یافته ها می پردازد می گوید: «ما T5X2 را همچون یک "فوران کننده ی پیاپی نمونه" (model burster) می بینیم؛ فوران کننده ای که هر چه از آن انتظار داریم انجام می دهد.»

اینک پرسش پیش روی گروه دانشمندان اینست که چرا این سامانه اینقدر با همه ی آن هایی که در دهه های پیشین بررسی شده بود تفاوت دارد؟ به گمان لینارس، کلید این پرسش شاید در چرخش آرام T5X2 باشد. چرخش سریع تر باعث تولید اصطکاک میان سطح ستاره ی نوترونی و لایه ی سوخت روی آن می شود، و شاید همین گرمای اصطکاکی پدید آمده در همه ی موارد پیش تر دیده شده ی ستارگان نوترونی برای تغییر آهنگ سوختن (همجوشی) هسته ای بسنده می کرده است.

در این زمینه بخوانید: لقمه بزرگ تر از دهان برای یک ستاره نوترونی * رقص مرگ * تیکو! تیکو! سوزان روشن! * سیاهچاله ای که شرحی کامل بر زندگیش نوشته شد * بیست و پنجمین سالروز مرگ یک ستاره * آیا این ساعت های کیهانی قابل اطمینانند؟       

واژه نامه:
neutron star - black hole - Earth - X-ray - NASA - Rossi X-ray Timing Explorer - RXTE - Manuel Linares - Kavli Institute for Astrophysics and Space Research - Massachusetts Institute of Technology - The Astrophysical Journal - European Space Agency - INTEGRAL satellite - Terzan 5 - globular star cluster - constellation Sagittarius - IGR J17480-2446 - X-ray binary system - T5X2 - pulsar - magnetic pole - Goddard Space Flight Center - Tod Strohmayer - Craig Markwardt - Swift - Chandra - sun-like star - accretion - Manhattan - District of Columbia - hydrogen - helium - fuel - thermonuclear reaction - Diego Altamirano - model burster - supernova

منبع: sciencedaily

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه