ساده همچون یک ستاره نوترونی!

ستارگان نوترونی برای اخترفیزیکدان ها اجرام نجومی بی نهایت پیچیده ای هستند. ولی پژوهشی که با همکاری دانشگاه SISSA انجام گرفته و پژوهشنامه اش در مجله ی Physical Review Letters منتشر شده نشان می دهد که این ستارگان در برخی جنبه های ویژه می توانند توصیف بسیار ساده ای داشته باشند و همچنین می توانند همانندی هایی را نیز با سیاهچاله ها نشان دهند.
نمایی از ساختار یک ستاره ی نوترونی
یک جرم را از چند راه می توان توصیف کرد؟ یک سیب را در نظر بگیرید: تنها با نگاهی به آن می توانیم به سادگی برآوردی از وزن، شکل، و رنگ آن را بیان کنیم ولی در هیچ سطح دیگری نمی توانیم این کار را انجام دهیم. برای نمونه، نمی توانیم ساختار شیمیایی آن را ارزیابی کنیم. چنین مثالی را برای اخترشناسان هم می توان زد: تا امروز، یکی از چالش های پیش روی دانشمندان توصیف ستارگان نوترونی در سطح فیزیک هسته ای بوده. در واقع، ماده ای که این ستارگان از آن ساخته شده اند بسیار بسیار پیچیده است، و چندین "معادله ی حالت" گوناگون و پیچیده برایش پیشنهاد شده. ولی تا امروز بر سر این که کدام معادله درست (یا بهترین) است هیچ توافقی به دست نیامده. یک پژوهش نظری که توسط SISSA (آموزشگاه بین المللی پژوهش های پیشرفته ی تریست)، با همکاری دانشگاه آتن انجام شده نشان داده که ستارگان نوترونی را هم می توان با مشاهده ی ساختار فضا-زمان پیرامونشان، به شیوه ای نسبتا ساده توصیف کرد.

جرجیوس پاپاس، نویسنده ی اصلی پژوهشی که در SISSA انجام شد می گوید: «ستارگان نوترونی با توجه به ماده ی سازنده‌شان اجرام پیچیده ای هستند. ما می توانیم آن ها را هسته ی اتم هایی غول پیکر به شعاع حدود ۱۰ کیلومتر در نظر بگیریم. یک ستاره ی نوترونی چیزیست که از رُمبش یک ستاره ی بزرگ و پرجرم بر جای می ماند: ماده ی درون آن بی نهایت چگال است و عمدتا از نوترون تشکیل شده.»

پاپاس می افزاید: «فیزیک هسته ای که برای شناخت سرشت ماده ی درون این اجرام نیاز است، توصیف آن ها را بسیار پیچیده و فرمول بندی آن ها را بسیار دشوار کرده. چیزی که ما با بهره از روش های عددی نشان داده ایم اینست که ویژگی هایی وجود دارند که می توانند به زبانی ساده، برخی جنبه های ستارگان نوترونی و فضا-زمان پیرامونشان را توصیف کنند، همانند توصیف ساده ای که برای سیاهچاله ها به کار می رود.»

سیاهچاله ها به راستی اجرامی یگانه اند: مقدار فراوانی ماده در خود دارند ولی تنها از فضا و زمان درست شده اند. آن ها هم مانند ستارگان نوترونی در پی رمبش یک ستاره ی بزرگ پدید آمده اند (البته ستارگانی بسیار بزرگ تر از آن هایی که ستارگان نوترونی را پدید می آورند) و در این فروریزش انفجاری، همه ی مواد به کلی ناپدید شده و هیچ ردی از خود به جای نگذارده اند: «سیاهچاله ها به عنوان کامل ترین اجرام کیهان شناخته می شوند و اصطلاح "بی مو" که جان آرچیبالد ویلر برای نشان دادن سادگی آن ها ساخته، بسیار پرآوازه شده است. بر پایه ی برآوردهای ما، ستارگان نوترونی هم می توانند به شیوه ای بسیار همانند سیاهچاله ها نمایش داده شوند.» [در این زمینه خواندید: * سیاهچاله ها "مو" دارند؟!]

دانشمندان برای توصیف اجرام از چندی هایی (کمیت هایی) به نام "گشتاورهای چندقطبی" (multipole moments) کمک می گیرند. برای توصیف یک سیاهچاله نیاز به دو تا از این گشتاورها داریم: جرم و تکانه ی زاویه ای (سرعت چرخش سیاهچاله به گرد محورش). برای ستارگان نوترونی شمار گشتاورهای موردنیاز ۳ تا است: جرم، تکانه ی زاویه ای، و گشتاور چهارقطبی. این گشتاور چهارقطبی ضریبی است که وادیسی (تغییر شکل) یک جسم در اثر چرخشَش را توصیف می کند.

پاپاس توضیح می دهد: «برآوردهای ما دو یافته ی نامنتظره را نشان دادند. نخست، ما دریافتیم که همین سه چندی برای توصیف ستاره ی نوترونی بسنده می کنند زیرا گشتاورهای سطح بالاتر مستقل نیستند و می توانند از سه تای نخست مشتق شوند. دومین یافته ی غافلگیرکننده این بود که توصیف بر پایه ی سه چندی، مستقل از هم ارزی معادله ی حالت است: ما برای این کار حتی نیاز نداریم معادله ی حالت آن را بدانیم.»

نتیجه گیری پایانی پاپاس اینست که ما می توانیم عملا یک ستاره ی نوترونی را مستقل از ماده ی تشکیل دهنده ی آن توصیف کنیم: «این دارای مفاهیم و پیامدهای بزرگیست. در واقع، با بهره از داده هایی که از مشاهدات اخترفیزیکی گرد می آید - برای نمونه، پرتوهای گسیلیده از یک ستاره ی نوترونی، یا آگاهی هایی درباره ی اجرامی که گرانش ستاره بر آن ها وارد می شود یا دیگر داده ها- می توانیم ویژگی های یک ستاره ی نوترونی را بازسازی کنیم.»

در همین زمینه:  

واژه نامه:
neutron star - SISSA - Physical Review Letters - star - black hole - nuclear physics - equation of state - International School for Advanced Studies of Trieste - Athens University - space-time - Georgios Pappas - neutron - numerical method - hairless - John Archibald Wheeler - multipole moment - angular momentum - quadrupole moment -

منبع: sciencedaily

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه