ترمزی از جنس امواج گرانشی

* یک ستاره‌ی نوترونی چرخان که پی در پی میان دو حالت تابشی جابجا می‌شود، نرخ چرخشش در یکی از این حالت‌ها سریع‌تر از حالت دیگر "کُند" می‌شود، و این زیر سر چیزی نیست به جز امواج گرانشی.

ستاره‌ی نوترونی "۰۰۳۸+جی۱۰۲۳" یا تنها "جی۱۰۲۳"، حدود ۶۰۰ بار در ثانیه به گرد محورش می‌چرخد. ولی به دلیل هدررفت انرژی توسط میدان مغناطیسی آن، هر یک میلیارد سال ۷۶ دور بر ثانیه از سرعت چرخشش کم می‌شود. این روند "کند شدن" مغناطیسی طبیعی است، ولی جی۱۰۲۳ گاهی نرخ کاهش سرعتش بیشتر می‌شود.

ربایش مواد از یک همدم می‌تواند به چرخش نامعمول ستاره‌ی نوترونی بیانجامد

این تغییر نرخ مربوط به دو حالتی است که ستاره‌ی نوترونی میانشان جابجا می‌شود: یک حالت که در آن، بیشتر پرتوهای رادیویی می‌گسیلد و یک حالت که در آن به طور عمده پرتوی X می‌گسلید. هیچ کس نمی‌داند که چرا برخی از ستارگان نوترونی چنین رفتاری دارند. ولی این ستاره هنگامی که پرتوهای ایکس می‌گسیلد، نرخ کند شدنَش ۳۰ درصد افزایش می‌یابد.

این ستاره‌ی نوترونی در گام تابش پرتو ایکس، مواد را از ستاره‌ی همدم کوچک‌ترش که به گرد آن می‌چرخد می‌رباید. به گفته‌ی برینمور هاسکل از آکادمی علوم ورشوی لهستان و الساندرو پاترونو از دانشگاه لیدن هلند، این گازهای دزدیده شده می‌توانند کلید راز چرخش شگفت‌انگیز جی۱۰۲۳ باشند.

هنگامی که موادِ ربوده شده از همدم به جی۱۰۲۳ می‌چسبند، روی آن انباشته شده و یک به اصطلاح کوه را می‌سازند. این برآمدگی با آن که بلندی‌اش بیش از چند میلیمتر نیست، ولی اتم‌های زیرش را می‌فشارد و آنها را به ژرفای بیشتری درون ستاره‌ی نوترونی می‌راند. در آن ژرفای بیشتر هم همجوشی میان این اتم‌ها رخ داده و عنصرهای سنگین‌تری ساخته می‌شود و در نتیجه این کوه، در دل ستاره ریشه می‌دواند.

برآمدگی سطح و وجود اتم‌های سنگین‌تر در لایه‌های زیرین، با هم باعث می‌شوند تقارن گرانش جی۱۰۲۳ به هم بخورد. هاسکل می‌گوید: «ستارگان نوترونی بسیار فشرده هستند: جرمی تقریبا به اندازه‌ی خورشید که در یک شعاع ۱۰ کیلومتری جا داده شده. این بدان معناست که حتی یک تغییر شکل بسیار کوچک هم می‌تواند به تغییری بزرگ در میدان گرانشی بیانجامد.»

سوار بر امواج

تراز نبودن میدان گرانشی ستاره‌ی نوترونی می‌تواند باعث گسیل امواج گرانشی توسط آن شود -چین و شکن‌هایی در بافت فضازمان که در اثر حرکت اجرام بزرگ پدید می‌آیند. این امواج می‌توانند بخشی از انرژی‌ای که چرخش جی۱۰۲۳ را حفظ می‌کند را با خود ببرند.

هنگامی که ستاره از گام پرتو ایکس به گام امواج رادیویی می‌رود، خوردن مواد همدمش نیز متوقف می‌شود. در نتیجه، کوه به آهستگی صاف می‌شود و ستاره، دیگر امواج گرانشی که چرخشش را کند می‌کردند نمی‌گسیلد.

پارسال، گروه همکاری لیگو (LIGO) اعلام کردند که امواج گرانشی گسیلیده از برخورد دو سیاهچاله را آشکار کرده‌اند. ولی این رویدادی ناگهانی بود که در یک آن رخ داد، و تاکنون هیچ کس امواج گرانشی گسیلیده از رویدادهای پیوسته و دامنه‌دار را ندیده. اجرامی مانند جی۱۰۲۳ نامزدهای خوبی برای جستجوهای امواج گرانشی در آینده هستند، به ویژه اگر بتوانند کوه‌های بزرگ‌تری بسازند.

پاترونو می‌گوید: «اگر چنین چیزی روی می‌دهد، پس شاید ستارگان نوترونی بسیاری همین کار را می‌کنند. گسیل پیوسته‌ی امواج گرانشی شاید به راستی پدیده‌ای رایج و فراگیر باشد.»

این نظریه می‌تواند کلاهک ظاهری در چرخش ستارگان نوترونی را هم توضیح دهد. نیلز اندرسون از دانشگاه ساوتهمپتون بریتانیا می‌گوید: «سریع‌ترین ستارگان نوترونی که دیده‌ایم، سرعتشان کمتر از چیزیست که ما فکر می‌کنیم توانش را دارند [به گمان ما، می‌توانند سرعتی بیشتر داشته باشند]. در شناخت ما [از این اجرام] چیزی فراموش شده است.»

اگر ستارگان نوترونی سریع‌تر، نقص‌هایی مانند کوه‌ها داشته باشند، امواج گرانشی بیشتری گسیلیده و سریع‌تر کند می‌شوند؛ این یعنی یک آستانه‌ی سرعت مجاز کیهانی برای این اجرام وجود دارد.

نگارش برخط پژوهش این دانشمندان در تارنمای arXiv در دسترس است.

--------------------------------------------

به تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

neutron star - gravitational wave - J1023+0038 - magnetic field - radio wave - X-ray - Brynmor Haskell - Polish Academy of Sciences - Warsaw - Alessandro Patruno - Leiden University - Netherlands - mountain - atom - fuse - element - sun - gravitational field - LIGO - black hole - spin - Nils Andersson - University of Southampton - UK - speed limit - arXiv

منبع: newscientist

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان