ستارگان نوتروني

ستارگان نوتروني


بخش اول

يادآوري: منظور ما از جرم نوتروني در اين مبحث ، يك سياه چاله و يا يك ستاره نوتروني ميباشد .

1- تاثيرات دوران(سرعت زاويه*اي) بر شكل هندسي(حجمي) يك جرم نوتروني:
شكل هندسي واقعي يك جرم نوتروني ، بسته به سرعت دوران ( سرعت زاويه*اي ) از يك كره تا يك تورس ( Torus ) متغير است ، يعني اشكال زير !

http://cph-theory.persiangig.com/2353-1.jpg

علت اختيار شكل تورس براي بعضي از اجرام نوتروني اين است كه سرعت دوران بعضي از آنها آنقدر زياد است كه نيروي گريز از مركز باعث پخ و تو خالي شدن آنها ميشود ، سرعت دوران بعضي از آنها چند هزار دور در ثانيه تخمين زده ميشود و سرعت حركت بعضي از ستارگان نوتروني 4000 كيلومتر در ثانيه اندازه گيري شده است . اجرام نوتروني ميتوانند در مشخصات فيزيكي بسيار متنوع و گوناگون باشند
يك ستاره نوتروني در هر ثانيه بيش از 1120 بار دور خود مي*چرخد.
به گزارش سايت اينترنتي "space.com"، اين ستاره نوتروني در حقيقت بقاياي سوخته ستاره عظيمي است كه هم اكنون به چگالي بسيار زيادي دست يافته كه اين ميزان چگالي پيش از اين تنها در سياه چاله*ها مشاهده شده است .
به گفته ستاره شناسان ، چگالي اين ستاره نوتروني به اندازه*اي زياد است كه براي درك آن بايد بتوانيم تمامي جرم ستاره خورشيد را در منطقه*اي به ابعاد يك شهر جاي بدهيم . ماده در اين ستاره به اندازه*اي فشرده شده است كه تنها جرمي برابر با يك بند انگشت از اين ستاره ، در كره زمين صدها بيليون تن وزن خواهد داشت .
ستاره شناسان عقيده دارند دليل چرخش دوراني سريع اين ستاره ، تمركز شديد تمامي انرژي حركتي آن است . در اين ستاره نوتروني كه خود بازمانده يك ستاره عظيم است، هر از چند گاهي انفجارهاي حرارتي - هسته*اي بزرگي رخ مي*دهد و پرتوهاي اشعه ايكس از آن منتشر مي*شوند . هم اكنون ستاره شناسان آژانس فضايي اروپا با استفاده از ماهواره*ي "اينتگرال" اين سازمان با مشاهده همين انفجارها موفق به اندازه گيري سرعت چرخش اين ستاره ، به نام XTE J1739-285 شده*اند .
ستاره مذكور هم اكنون با سرعت 1120 چرخش در هر ثانيه ، دور محور خود مي*گردد . بيشترين ركورد ثبت شده براي چرخش وضعي ستاره*ها پيش از اين به ستاره نوتروني ديگري تعلق داشت كه در هر ثانيه 760 بار دور خود مي*چرخيد .
به گفته "اريك كولكرز" دانشمند آژانس فضايي اروپا ، سرعت چرخش اين ستاره بيشتر از ميزاني است كه ما در گذشته تصور مي*كرديم كه ممكن است براي يك ستاره اتفاق بيافتد و به همين علت بايد مشاهدات بيشتري براي تاييد سرعت چرخش ستاره مذكور انجام شود .
دانشمندان عقيده دارند ، سرعت چرخش ستاره*ها داراي يك حد بالاي نهايي است كه چنانچه سرعت چرخش يك ستاره از آن بالاتر رود ، ستاره از هم مي*پاشد .
با اين وجود از آنجا كه ساختار ستاره*هاي نوتروني هنوز دقيقا مشخص نيست ، دانشمندان نيز نمي*توانند حد بالاي سرعت چرخش دوراني اين ستاره*ها را تعيين كنند . به غير از ستاره*هاي نوتروني ، برخي سياه چاله*ها نيز از جمله اجرام آسماني عظيم با سرعت چرخش وضعي بالا هستند . سال ميلادي گذشته ستاره شناسان موفق به كشف سياه چاله*اي شدند كه با سرعت 950 دور در ثانيه حول خود مي*چرخد . براي مقايسه ، ستاره خورشيد در منظومه شمسي با سرعتي بسيار كمتر و در هر 36 روز تنها يك بار حول محور خود مي*چرخد . "
با توجه به اين چنين سرعتهاي دوراني بالايي براي يك جرم نوتروني ، مي*توان با در نظر گرفتن نيروي گريز از مركز وارده بر پيكره آن و مقاومت بسيار زياد شبكه نوتروني ، براي سرعتهاي بيشتر از 1000 دور در ثانيه شكل زير را تصور نمود:
http://cph-theory.persiangig.com/2353-2.jpg

2- بار الكتريكي يك جرم نوتروني
مقادير زيادي از الكترونها قبل از انفجار يك ستاره در سطح آن تجمع كرده و با انفجار ستاره همراه با پوسته آن به بيرون پرتاب ميشوند . در اين وضعيت توازن مابين تعداد الكترونها و پروتونها در ستاره به هم خورده و تعداد پروتونها بيشتر از تعداد الكترونها ميشود كه به دنبال آن نوترون كمتري توليد ميشود و مقدار بسيار زيادي از پروتونها همراه نوترونها تشكيل يك جرم متحد را ميدهند و همانطور كه ميدانيم در هسته عناصر به اندازه عدد اتمي عنصر ، پروتون وجود دارد و الكترون مازادي در ستارگان وجود ندارد كه آنها را تبديل به نوترون كند ، بديهي است كه اين پروتونها به علت داشتن دافعه الكتريكي نسبت به يكديگر ، در سطح بيروني جرم نوتروني تجمع خواهند كرد كه بار الكتريكي مثبت جرم نوتروني را فوق*العاده زياد خواهند نمود .
به هر حال مي*توان سه لايه كلي براي جرم نوتروني در نظر گرفت: 1- هسته مركزي، متشكل ازنوترون*هاي خالص
2- لايه مياني، مخلوطي از نوترونها و پروتونها
3- لايه خارجي،پروتون خالص ، به شكل زير توجه نماييد

http://cph-theory.persiangig.com/2353-3.jpg
پوسته قرمز رنگ بيانگر تجمع پروتونهاي خالص در سطح خارجي يك جرم نوتروني دوار است كه جهت درك موضوع به مقدار 30 درجه برش خورده است.

3 - ميدان الكتريكي، گرانشي و مغناطيسي يك جرم نوتروني دوار(در حال چرخش)

http://cph-theory.persiangig.com/2353-4.JPG
در شكل فوق جرم نوتروني از بالا و در حال چرخش موافق عقربه*هاي ساعت نشان داده ميشود ، مارپيچ يا دواير سبز رنگ بيانگر انحنا يا دوران ميدان گرانشي موافق عقربه*هاي ساعت است ، براي اينكه به صورت قراردادي امتداد بردارها يا نيروهاي گرانشي را از خارج به طرف مركز ميدان در نظر مي*گيريم و مارپيچ يا دواير قرمز رنگ ، بيانگر دوران ميدان الكتريكي موافق عقربه*هاي ساعت است كه با توجه به جهت ميدان الكتريكي مثبت ، جهت اصلي ميدان الكتريكي مخالف جهت چرخش عقربه*هاي ساعت خواهد شد . در شكل فوق جهت ميدان گرانشي و ميدان الكتريكي مخالف يكديگر شكل مي*گيرند .

http://cph-theory.persiangig.com/2353-5.JPG
شكل فوق جرم نوتروني قبلي را از پهلو نشان ميدهد ، خطوط آبي رنگ ، بيانگر ميدان مغناطيسي حاصل از دوران ميدان الكتريكي است و اين ميدان مغناطيسي به واسطه وجود ميدان الكتريكي و گرانشي فوق*العاده قوي و شديد جرم نوتروني ، از كناره*ها بريده و يا اينكه به شدت خم شده است و بعد از خوابيدن بر ميدان الكتريكي و گرانشي به صورت موازي در آمده است .
http://cph-theory.persiangig.com/2353-6.JPG
شكل فوق نماي پرسپكتيو همان جرم دوار نوتروني را نشان ميدهد ، مارپيچ*هاي بنفش رنگ كه جهت تاب خوردن آنها هم جهت با دوران ميدان الكتريكي است ، مسير ورود ( سقوط ) ذرات باردار منفي به داخل جرم نوتروني و همچنين خروج ( پرتاب ) ذرات باردار مثبت را نشان ميدهد ، براي اينكه ما به صورت قراردادي امتداد نيروها و يا بردارهاي ميدان الكتريكي مثبت را از داخل به خارج ميدان در نظر مي*گيريم . براي واضح بودن رسم ، فقط يك سطح از سه ميدان گرانشي ، الكتريكي و مغناطيسي رسم شده است و ميتوانيم شكل فوق را در تمامي ابعاد توسعه دهيم . در حقيقت چنين به نظر ميرسد كه يك جرم نوتروني باردار دوار براي ذرات باردار همانند يك شتاب دهنده فوق*العاده قوي نجومي عمل ميكند و يك ابر جت مكش و پرتاب ذرات باردار در فضاست ،

http://cph-theory.persiangig.com/2353-7.JPG
ولي يك جرم نوتروني براي نوترونها صرفا جذب كننده به نظر ميرسد ، و علت آن اين است كه قدرت ميدان الكتريكي و مغناطيسي يك جرم نوتروني باردار به مراتب بيشتر از قدرت ميدان گرانشي آن است و در اين حالت بخصوص ، گرانش جرم نوتروني نمي*تواند آنچنان بر ذرات باردار تاثير گذار باشد ، بلكه در نهايت اين ميدان الكترومغناطيسي جرم نوتروني است كه ميتواند براي ذرات باردار تاثير گذار باشد . يك جرم نوتروني دوار ، همچون شتاب دهنده مغناطيسي ( مداري يا چرخشي ) به ذرات باردار انرژي و شتاب مي*دهد ، پديده*اي است كه مشاهده شده و آن را پارادوكس ( تناقض ) بزرگ اجرام نوتروني مي*شناسند و علت آن اين است كه ، زماني كه نور توان فرار از گرانش جرم نوتروني را ندارد چگونه ذرات باردار توان فرار از ميدان گرانش را خواهند داشت ؟ كه با توجه به توضيحات فوق ، مسئله*اي كاملا ساده و طبيعي به نظر رسيده و نمي*تواند تناقضي با ساختار فيزيكي يك جرم نوتروني باردار داشته باشد . گازهايي كه وارد ميدان گرانشي ميشوند بعد از به چرخش در آمدن به دور جرم نوتروني ، به مرور زمان واكنش هسته*اي انجام داده و بعد از توليد و انتشار امواج الكترومغناطيسي كه بيشتر به صورت اشعه ايكس است به طرف مركز حركت و بعد از تبديل شدن به نوترون ، همراه پروتونها جذب جرم نوتروني شده كه در اين حالت مقداري از پروتونها با سرعتي نزديك به سرعت نور به خارج پرتاب ميشوند ، آنهم به صورت مارپيچي و دوراني .

4 - سرعت حركت اجرام نوتروني
ساختار فيزيكي كه يك جرم نوتروني دارد ميتواند به آن شتاب و سرعت فوق*العاده*اي بدهد، يعني چيزي نزديك به 4000 كيلومتر در ثانيه و حتي بيشتر از آن.
5- شناسايي اجرام نوتروني
بخاطر خاصيت جذب نور ، تشخيص اجرام نوتروني بسيار مشكل است و مهمترين راهي كه به كيهان شناسان امكان شناسايي آنها را مي*دهد ، مشاهده ديسك تجمعي است . نكته زيبا اينجاست كه گازها و مواد قسمتهاي داخلي ديسك ، سريعتر از گاز نواحي دور دست مي چرخند و در واقع سرعت قسمتهاي مختلف ديسك متفاوت است . لذا گازها تحت اصطكاك ، مالش و يونيزه شدن و برخورد شديد با يكديگر در ميادين گرانشي و الكتريكي ، بسيار داغ شده و از خود انواع مختلفي از تشعشعات حامل انرژي را ساطع ميكنند و يك منبع نيرومند پرتو x را تشكيل مي*دهند كه توسط تلسكوپهاي امواج x قابل رويت مي*باشد . علاوه بر امواج ایکس از طريق وجود لنزهاي گرانشي ، و ستاره*اي در حال چرخش به دور يك شي غير قابل رويت نيز مي توان به وجود اجرام نوتروني در يك منطقه از فضا پي*برد . به طور كلي اجرام نوتروني در دو نوع چرخان و تقريبا غير چرخان وجود دارند و بعضي از آنها كه به سياه چاله*هاي كهكشاني موسومند در داخل يك مركز ( هسته ) كهكشان تشكيل مي*شوند . شواهدي از وجود اين اجرام در قلب كهكشانها در دست است.
http://cph-theory.persiangig.com/2353-8.JPG
لازم به توضيح است ، همانطور كه قبلا در مورد دوران ميادين گفته شد با دوران يك جرم نوتروني ، ميدان گرانشي آن نيز دوران كرده و به صورت منحني دايره*اي شكل در مي*آيد كه ستاره مجاور ( همدم ) آن مجبور است بدون اينكه جذب مركز گرانش شود به دور جرم نوتروني به چرخش درآيد و باريكه*اي از گاز ستاره به صورت مارپيچ به طرف جرم نوتروني سقوط كند كه مطالعه ساختار اجرام نوتروني ميتواند پديده دوران ميادين را مشخص و معلوم كند.
http://cph-theory.persiangig.com/2353-9.JPG
ديسك تجمعي در پيرامون يك جرم نوتروني دوار ، منطقه*اي بسيار شگفت انگيز ميباشد ، براي اينكه اتم*هاي يونيزه شده از يك طرف تحت تاثير نيروي جاذبه گرانشي قرار مي*گيرند و از طرف ديگر نيروي دافعه الكتريكي بر آنها اعمال ميشود كه سر انجام نهايي فرآيند ، حرارتهاي خيلي بالا به علت اصطكاكي است كه ميتوان اسم اين پديده را اصطكاك گرانشي الكترومغناطيسي ناميد كه ميتواند از شدت ميدان الكتريكي ذرات باردار كاسته و آنها را جذب هسته سياه*چاله نمايد.
6 - پالسار يا پولسار چيست ؟
پالسار نوعي ستاره نوتروني است با اين تفاوت كه داراي اسپين و چرخش است . اينها در حوضه پرتوي ايكس اشعه ساطع مي*كنند كه به صورت مخروطي سو سو زنان مشاهده مي*شوند اين چرخش*ها باعث مي*شود كه ميدان مغناطيسي آن نيز به موازات آن داراي اسپين باشد . موضوع جالب ديگر در زمينه اين ستاره*هاي نوتروني حركت سريع آنها در فضا است . 7 - معماي تابش اجرام نوتروني
اخترشناسان به رفتار عجيب و بيگانه اجرام نوتروني عادت كرده*اند ، اما آنان در روياي*شان نيز كشف اخير در مورد اينگونه از ستارگان را پيش بيني نمي*كردند . در مقاله*اي در مجله طبيعت (Nature) ، يك گروه بين*المللي از محققان اعلام كرده*اند كه اين باقيمانده*هاي ستاره*اي ، گاهي امواج راديويي بسيار قوي تابش مي*كنند . اين تابش*ها تنها كسري از ثانيه طول مي*كشند . اين نوع تابش از قوي*ترين منابع امواج راديويي در آسمان محسوب مي*شود ، حتي قوي*تر از خورشيد