کانون‌های مغناطیسی در ستارگان نوترونی

ساختار میدان مغناطیسی آغازین در یک ستاره‌ی نوترونی

بررسی دگرگونی‌ها و فرگشت میدان مغناطیسی درون ستارگان نوترونی نشان می‌دهد که ناپایداری‌ها می‌توانند کانون‌های نیرومندی از میدان مغناطیسی بسازند که تا میلیون‌ها سال، حتی پس از زوال چشمگیر میدان مغناطیسی سراسری ستاره هم بر جا بمانند.

هنگامی که سوخت هسته‌ای یک ستاره‌ی بزرگ به پایان می‌رسد و دچار انفجاری ابرنواختری می‌شود، می‌تواند یک ستاره‌ی نوترونی پدید بیاورد. این اجرام بسیار چگال شعاعی حدود ۱۰ کیلومتر دارند ولی جرمشان به ۱.۵ برابر خورشید می‌رسد. آنها میدان مغناطیسی بسیار نیرومند و چرخشی سریع دارند، به گونه‌ای که برخی از آنها بیش از ۱۰۰ بار در ثانیه به گرد محورشان می‌چرخند. ستارگان نوترونی به طور معمول با میدان‌ مغناطیسی‌ای توصیف می‌شوند که یک قطب مغناطیسی شمال و یک قطب مغناطیسی جنوب دارد، مانند میدان مغناطیسی زمین. ولی یک چنین مدل "دوقطبی" ساده‌ای نمی‌تواند جنبه‌های گیج‌کننده‌ی ستارگان نوترونی را توضیح دهد، از جمله این که چرا برخی از بخش‌های سطح آنها بسیار داغ‌تر از دمای میانگین‌شان است.

کنستانتینوس گورگولیاتوس از دانشگاه دورام و راینر هولرباخ از دانشگاه لیدز با بهره از ابررایانه‌ی ARC در دانشگاه لیدز چندین شبیه‌سازی عددی انجام دادند تا به چگونگی پیدایش ساختارهای پیچیده به هنگام تغییر و دگرگونی میدان مغناطیسی درون یک ستاره‌ی نوترونی پی ببرند.

ساختار میدان‌های مغناطیسی در یک ستاره‌ی نوترونی بالغ

گورگولیاتوس می‌گوید: «یک ستاره‌ی نوترونیِ تازه متولد شده چرخش یکنواختی ندارد- بخش‌های گوناگون آن با سرعت‌های متفاوتی می‌چرخند. این باعث می‌شود میدان مغناطیسی درون ستاره به گونه‌ای پیچانده و کشیده شود و آن را مانند توپ فشرده‌ای از کاموا کند. ما در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای پی بردیم که یک میدان مغناطیسی به شدت پیچ خورده ناپایدار می‌شود. چنین میدانی خودبخود گره‌هایی می‌سازد که روی سطح ستاره‌ی نوترونی نمایان می‌شوند و لکه‌هایی را پدید می‌آورند که میدان مغناطیسی در آنها بسیار نیرومندتر از میدان کلی ستاره است. این کانون‌های مغناطیسی جریان‌های الکتریکی نیرومندی پدید می‌آورند که باعث آزاد شدن گرما می‌شوند، درست همان گونه که جریان الکتریکی در یک مقاومت باعث تولید گرما می‌شود.»

این شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که [روی ستاره‌ی نوترونی] یک لکه‌ی مغناطیسی به شعاع چند کیلومتر و میدان مغناطیسی بیش از ۱۰ میلیارد تسلا می‌تواند پدید بیاید. این لکه می‌تواند حتی پس از نابودی میدان مغناطیسی کلی ستاره‌ی نوترونی هم تا چند میلیون سال دوام بیابد.

این پژوهش می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای در شناخت ما از ستارگان نوترونی داشته باشد. حتی ستارگان نوترونی با میدان مغناطیسیِ سرتاسریِ ضعیف‌تر هم می‌توانند کانون‌های مغناطیسی بسیار نیرومند بسازند. این می‌تواند رفتار شگفت‌انگیز برخی از مغنااخترها (مگنتارها) را توضیح دهد، برای نمونه، اس‌جی‌آر ۰۴۱۸+۵۷۲۹ که چرخشی بسیار کُند و میدان مغناطیسیِ کلیِ به نسبت ضعیفی دارد ولی هر از گاهی با پرتوهای پرانرژی X فوران می‌کند.

پژوهشنامه‌ای این دانشمندان در آستروفیزیکال جورنال منتشر شده.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

magnetic field - neutron star - Konstantinos Gourgouliatos - Durham University - European Week of Astronomy and Space Science - EWASS - Liverpool - nuclear fuel - supernova - Sun - magnetic pole - Earth - dipole - Rainer Hollerbach - University of Leeds - ARC supercomputer - numerical simulation - electric current - resistor - magnetar - SGR 0418+5729

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان