ستاره های نوترونی با انتشار نوترینو خویش را خنك می كنند

ستاره های نوترونی با انتشار نوترینو خویش را خنك می كنند

گوپا: دانشمندان به اولین شواهدی دست یافته اند كه نشان داده است ستاره های نوترونی با پخش كردن ˮنوترینوهاˮ می توانند به سرعت خنك شوند.



به گزارش گوپا به نقل از ایسنا و به نقل از اسپیس، اخترفیزیكدانان در یك مقاله جدید شواهد جدیدی را عرضه می كنند كه نشان داده است ستاره های نوترونی می توانند به سرعت گرما را با رها كردن خود از ذرات زیراتمی به نام "نوترینو"، از بین ببرند.

اعتقاد بر این است كه ستاره های نوترونی نتیجه فروپاشی گرانشی یك ستاره عظیم بعد از انفجار ابرنواختری هستند. این اجرام آسمانی دارای شعاع بسیار كم اما جرمی بین 1.3 تا 3 برابر جرم خورشیدی هستند.

آنالیز انتشار اشعه ایكس

دانشمندان چگونگی حذف گرما توسط ستاره های نوترونی را بررسی می كنند، تا چگونگی رفتار ماده در شرایط تراكم و درجه حرارت بالا را شناسایی كنند.

"ادوارد براون" پروفسور فیزیك و نجوم در دانشگاه ایالتی میشیگان و همكارانش، تاریخچه خنك شدن یك ستاره نوترونی را كه در حال بلعیدن ستاره همدمش بود، با تجزیه و تحلیل انتشارات اشعه ایكس در دو دوره انفجار كه در سال های 2001 و 2016 آخر یافت، بررسی كردند..

در مقاله آمده است: مشاهدات آرامش حرارتی پوسته ستاره نوترونی بعد از 2.5 سال رشد پیوسته، ما را قادر می سازد تا انرژی ذخیره شده در هسته را در طول تحریك، كه پس از آن بعنوان نوترینو تغییر می كند و دمای هسته را در بر می گیرد، اندازه گیری نماییم.

آنچه كه تیم اخترفیزیكدانان دریافت، یك مكانیزم خنك كننده سریع نوترینو به نام فرآیند مستقیم "اوركا"(Urca) بود كه تابحال چنین چیزی كشف نشده بود.

اولین شواهد از خنك سازی سریع

این نخستین شواهدی است كه دانشمندان از خنك سازی سریع مشاهده كرده اند. مطالعات قبلی نشان داده بودند كه ستاره های نوترونی نوترینوها را آزاد می كنند تا به آرامی خنك شوند، اما هیچگاه این میزان سرعت مشاهده نشده بود.

براون به پایگاه خبری ساینس اظهار داشت كه شاهد بودیم نوترینوها انرژی 10 برابر سریع تر از میزان انرژی حمل شده توسط نور خورشید و یا حدود 100 میلیون بار سریع تر از روند آهسته حمل می كنند.

ستاره مورد مطالعه، حدود 35 هزار سال نوری از زمین فاصله دارد.

"جیمز لاتیمر"، اخترفیزیكدان دانشگاه "استونی بروك" در نیویورك، كه در تحقیق مشاركت ندارد، اظهار داشت كه گرچه نشانه هایی از این رفتار پیش از این مشاهده شده بود، اما این اساسا اولین جرمی است كه ما می توانیم به چشم خود ببینیم كه یك ستاره به این سرعت خویش را خنك می كند.



ناپدید شدن انرژی

فرایند مستقیم "اوركا" توسط دو فیزیكدان به نام های "جورج گاموو" و "ماریو شنبرگ"، طی بازدید از كازینویی به همین نام در ریودوژانیرو نام گذاری شد. "شنبرگ" می گوید انرژی در هسته ابرنواختری به همان سرعت كه پول در دستگاه های كازینو ناپدید می شود، از بین می رود.

فرآیند "اوركا" توسط مرجع آكسفورد بعنوان چرخه ای از واكنش های هسته ای كه در آن یك الكترون توسط یك هسته جذب می گردد و سپس بعنوان یك ذره بتا(الكترون سریع) با تولید یك جفت نوترینو-آنتی نوترینو دوباره منتشر می گردد. این فرآیند هیچ تغییری در تركیب هسته تولید نمی كند، اما انرژی آن را در قالب نوترینو و آنتی نوترینو از بین می برد.

"ماداپا پراكاش" فیزیكدان مدرس دانشگاه اوهایو در آتن كه به این تحقیق وابسته نیست، می گوید: نوترینو یك دزد است؛ انرژی را از ستاره می دزدد. این فرآیند می تواند تنها در صورتی رخ دهد كه مقدار پروتون ها در هسته ستاره نوترونی بیش از 10 درصد باشد.

این مطالعه برای درك مواد فوق چگال موجود در هسته ستاره های نوترونی بسیار مهم است.

"لاتیمر" می نویسد: نتایج چنین بررسی های با ثبات مهمی را برای مدلهای چگالی ماده فراهم می كند. شكست پروتون می تواند اطلاعاتی درباره انرژی تقارن هسته ای، بخصوص وابستگی چگالی آن، عرضه نماید.

ستاره نوترونی

یك ستاره نوترونی هسته فروپاشی شده یك ستاره بزرگ است كه پیش از فروپاشی جرم آن در مجموع بین 10 تا 29 جرم خورشیدی بوده است. ستاره های نوترونی كوچكترین و متراكم ترین ستارگانی هستند كه تابحال شناخته شده اند.

هنگامی كه ستاره پرجرمی به شكل ابرنواختر منفجر می شود، گاهی هسته آن می تواند سالم و برجا بماند. اگر جرم هسته بین 1.3 تا 3 جرم خورشیدی باشد، پدیده طبیعی گرانش، آن را فراتر از مرحله كوتوله سفید متراكم می كند، تا جایی كه پروتون ها و الكترون ها برای تشكیل نوترون ها به یكدیگر فشرده می شوند. این نوع شی آسمانی "ستاره نوترونی" نامیده می گردد.

وقتی كه شعاع ستاره ای 10 كیلومتر باشد، انقباضش متوقف می گردد. بعضی از ستارگان نوترونی در زمین به شكل "تپ اختر" شناسایی می شوند كه با چرخش خود، 2 نوع اشعه منتشر می كنند.



برای این كه تصور بهتری از یك ستاره نوترونی در ذهن تان بوجود بیاید، می توانید فرض كنید كه تمام جرم خورشید در مكانی به وسعت یك شهر جا داده شده است. یعنی می توان گفت یك قاشق از ستاره نوترونی یك میلیارد تن جرم دارد. به اضافه اینكه سرعت چرخش این ستاره ها به دور خودشان تا 700 دور در ثانیه هم می رسد و این چرخش با روند بسیار بسیار آهسته كند می گردد.

به عنوان مثال ستاره نوترونی كه در هر ثانیه یك دور می زند، بعد از صد سال در هر 1.000003 ثانیه یك دور می زند، به عبارت دیگر بعد از یك میلیون سال هر 1.03 ثانیه یك دور می زند.

این ستارگان هنگام انفجار بعضی از ابرنواخترها بوجود می آیند. بعد از انفجار یك ابرنواختر ممكن است به خاطر فشار بسیار زیاد حاصل از پخش مواد، ساختار اتمی همه عناصر شیمیایی شكسته می گردد و تنها اجزای بنیادی بر جای می مانند.

اغلب دانشمندان عقیده دارند كه جاذبه و فشار بسیار زیاد سبب فشرده شدن پروتون ها و الكترون ها به درون یكدیگر می شوند كه خود سبب به وجود آمدن توده های متراكم نوترونی خواهد شد.

عده كمی هم معتقدند كه فشردگی پروتون ها و الكترون ها بسیار بیش از این هاست و این سبب می گردد كه تنها كوارك ها باقی بمانند و این ستاره كواركی متشكل از كوارك های بالا و پایین (Up & down quarks) و نوع دیگری از كوارك كه از بقیه سنگین تر است، خواهد بود كه این كوارك تابحال در هیچ ماده ای كشف نشده است.

از آنجا كه اطلاعات در مورد ستارگان نوترونی اندك است، در سال های اخیر تحقیقات زیادی بر روی این دسته از ستارگان انجام شده است.

با توجه به نظریه نسبیت عام، نوری كه از یك میدان جاذبه زیاد عبور كند، مقداری از انرژی خویش را از دست می دهد. این كاهش انرژی به صورت افزایش طول موج نور نمود پیدا می كند. به این پدیده انتقال به قرمز می گویند.

یك گروه از ناسا برای اولین بار انتقال به قرمز نور گذرنده از اتمسفر بسیار بسیار نازك یك ستاره نوترونی را اندازه گیری كردند.

جاذبه عظیم ستاره نوترونی سبب انتقال به قرمز نور می گردد كه میزان آن به مقدار جرم ستاره و شعاع آن بستگی دارد.

تعیین مقادیر جرم و شعاع ستاره می تواند محققان را در یافتن فشار درونی ستاره یاری كند. با آگاهی از فشار درونی ستاره منجمان می توانند حدس بزنند كه داخل ستاره نوترونی فقط متشكل از نوترون ها است یا ذرات ناشناخته دیگر را هم شامل می گردد.

این گروه تحقیقاتی بعد از انجام مطالعات و آزمایش ها دریافتند كه این ستاره تنها باید از نوترون تشكیل شده باشد و در حقیقت طبق مدلهای كواركی، ذره دیگری جز نوترون در آن وجود ندارد.

در حین این مطالعه و برای بررسی تغییرات طیف پرتوهای ایكس، یك منبع پرقدرت اشعه ایكس لازم بود. انفجارهای هسته ای (Thermonuclear Blasts) كه بر اثر جذب ستاره همدم توسط ستاره نوترونی تولید می گردد. همان منبع مورد نیاز برای تولید اشعه ایكس بود.

ستاره نوترونی به جهت جرم زیاد و به طبع آن، جاذبه قوی، مواد ستاره همدم را به سمت خود جذب می كرد.



طیف پرتوهای ایكس تولید شده بعد از عبور از جو بسیار كم ستاره نوترونی كه از اتم های آهن فوق یونیزه شده تشكیل شده بود، توسط ماهواره "XMM-نیوتن" مورد بررسی قرار گرفتند.

نكته قابل توجه این است كه در آزمایش های قبلی كه توسط گروه دیگری انجام شده بود، تحقیقات بر روی ستاره ای متمركز بود كه میدان مغناطیسی بزرگی داشت و چون میدان مغناطیسی هم بر روی طیف نور تأثیرگذار است، تشخیص اثر نیروی جاذبه ستاره بر روی طیف نور به صورت دقیق امكان پذیر نبود. ولی ستاره مورد نظر در پروژه بعدی دارای میدان مغناطیسی ضعیفی بود كه اثر آن از اثر نیروی جاذبه قابل تشخیص بود.

نوترون

نوترون یكی از ذرات هسته ای اتم است كه دارای بار الكتریكی خنثی است و به همراه پروتون در داخل هسته اتم اصل جرم اتم را تشكیل می دهند.

نوترینو

نوترینو(neutrino) یك ذره بنیادی است كه از نظر الكتریكی خنثی بوده و به ندرت وارد بر هم كنش می گردد. نوترینو به مفهوم «كوچك خنثی»، معمولا با سرعتی نزدیك به سرعت نور حركت می كند و از نظر الكتریكی خنثی بوده و قادر است از درون مواد، حدودا بدون هیچ بر هم كنشی عبور نماید.

نوترینوها دارای جرم بسیار كوچك، اما غیر صفر هستند.

از آنجایی كه نوترینوها بار الكتریكی ندارند، تحت تأثیر نیروهای الكترومغناطیس قرار نمی گیرند. نوترینوها تنها تحت تأثیر نیروی هسته ای ضعیف كه در مقایسه دارای بُرد بسیار كوتاه تری از نیروی الكترومغناطیس است، قرار می گیرند. بنابراین قادر هستند مسافت های بسیار طولانی را درون مواد بدون بر هم كنش طی نمایند.

نوترینوها ضمن واپاشی بتا، در واكنش های هسته ای مانند آنچه در خورشید یا راكتورهای اتمی رخ می دهد و همینطور در اثر برخورد پرتوهای كیهانی با اتم ها تولید می گردند.

سه نوع نوترینو وجود دارد: الكترون نوترینو، میون نوترینو و تاونوترینو. همینطور هر یك از آن ها، پادذره مربوط به خود به نام پادنوترینو یا آنتی نوترینو هم دارند.

بیشتر نوترینوهایی كه از زمین عبور می كنند، از خورشید صادر می شوند. در هر ثانیه از هر سانتی متر مربع زمین، در حدود 65 میلیاردنوترینوی خورشیدی عبور می كند.

این مطالعه در مجله Physical Review Letters انتشار یافته است.




1397/02/17
13:11:14
5.0 / 5
155
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۶ بعلاوه ۵
گوپا