حصل العلماء على أفضل قياس حتى الآن لحجم ومحتويات النجم النيوتروني ، وهو جسم فائق الكثافة يحتوي على أغرب وأندر مادة في الكون.
قد يؤدي هذا القياس إلى فهم أفضل لبنات البناء الطبيعية - البروتونات والنيوترونات والكواركات المكونة لها - أثناء ضغطها داخل النجم النيوتروني إلى كثافة تفوق تريليونات المرات منها على الأرض.
قدم الدكتور تود ستروماير من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت ، ماريلاند ، وزميله آدم فياريال ، طالب دراسات عليا في جامعة أريزونا ، هذه النتائج اليوم خلال مؤتمر صحفي على شبكة الإنترنت في نيو أورليانز في اجتماع قسم الفيزياء الفلكية عالية الطاقة في الجمعية الفلكية الأمريكية.
قالوا أن أفضل تقدير لنصف قطر النجم النيوتروني هو 7 أميال (11.5 كيلومترًا) ، بالإضافة إلى أو ناقص نزهة حول الحي الفرنسي. يبدو أن الكتلة 1.75 أضعاف كتلة الشمس ، وهي كتلة أكبر مما تتوقعه بعض النظريات. لقد أجروا قياساتهم باستخدام مستكشف توقيت روسي للأشعة السينية التابع لناسا وبيانات الأشعة السينية المؤرشفة
تحدد العلاقة بين نصف القطر الذي طال البحث عنه الكثافة الداخلية للنجم النيوتروني وعلاقة الضغط ، ما يسمى بمعادلة الحالة. وهذا بدوره يحدد نوع المادة التي يمكن أن توجد داخل النجم النيوتروني. تقدم المحتويات اختبارًا حاسمًا للنظريات التي تصف الطبيعة الأساسية للمادة والطاقة وقوة التفاعلات النووية.
قال Strohmayer "نود حقًا أن نضع أيدينا على الأشياء الموجودة في مركز نجم نيوتروني". "ولكن بما أننا لا نستطيع فعل ذلك ، فهذا أفضل شيء. النجم النيوتروني هو مختبر كوني ويوفر الفرصة الوحيدة لرؤية آثار المادة مضغوطة إلى هذه الدرجة. "
النجم النيوتروني هو بقايا النجم الذي كان أكبر من الشمس. يحتوي الجزء الداخلي على مادة تحت قوى ربما كانت موجودة في لحظة الانفجار الكبير ولكن لا يمكن تكرارها على الأرض. النجم النيوتروني في إعلان اليوم هو جزء من نظام نجمي ثنائي يسمى EXO 0748-676 ، يقع في كوكبة Volans ، أو Flying Fish ، على بعد حوالي 30،000 سنة ضوئية ، مرئي في السماء الجنوبية مع تلسكوب فناء خلفي كبير.
في هذا النظام ، يغرق الغاز من نجم رفيق "عادي" على النجم النيوتروني ، وينجذبه الجاذبية. يؤدي ذلك إلى حدوث انفجارات نووية حرارية على سطح النجم النيوتروني الذي يضيء المنطقة. وكثيرا ما تكشف مثل هذه الرشقات معدل دوران النجم النيوتروني من خلال وميض في ضوء الأشعة السينية المنبعثة ، يسمى تذبذب الاندفاع. (راجع البنود من 1 إلى 6 للاطلاع على مفهوم الفنان لهذه العملية. يمكن العثور على فيلم وتعليق تفصيلي في العمود الأزرق على اليسار.)
اكتشف العلماء تردد تذبذب 45 هرتز ، والذي يتوافق مع معدل دوران النجوم النيوترونية 45 مرة في الثانية. هذه سرعة مترفة للنجوم النيوترونية ، والتي غالبًا ما تُرى تدور أكثر من 300 مرة في الثانية.
استفاد العلماء بعد ذلك من ملاحظات EXO 0748-676 مع القمر الصناعي XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية من عام 2002 ، بقيادة الدكتور جان كوتام من وكالة ناسا جودارد. اكتشف فريق كوتم الخطوط الطيفية المنبعثة من الغاز الساخن ، والتي تبدو مشابهة لخطوط رسم القلب. هذه الخطوط لها ميزتان. أولاً ، تحولوا إلى دوبلر. وهذا يعني أن الطاقة المكتشفة كانت متوسطًا لضوء يدور حول النجم النيوتروني ، يتحرك بعيدًا عنا ومن ثم نحونا. ثانيًا ، انحرفت الخطوط إلى الجاذبية. هذا يعني أن الجاذبية سحبت الضوء أثناء محاولتها الهروب من المنطقة ، وسرقة القليل من طاقتها.
حدد كل من Strohmayer و Villarreal أن تردد 45 هرتز وعرض الخطوط المرصودة من تحويل دوبلر تتسق مع نصف قطر النجم النيوتروني بين 9.5 و 15 كيلومترًا ، مع أفضل تقدير عند 11.5 كيلومترًا. إن العلاقة بين تردد الاندفاع وتحول دوبلر ونصف القطر هي أن سرعة الغاز الذي يدور حول سطح النجم يعتمد على نصف قطر النجم ومعدل الدوران. في الجوهر ، يتوافق الدوران الأسرع مع خط طيفي أوسع (تقنية مشابهة لكيفية اكتشاف جندي من الولاية للسيارات السريعة).
قدم قياس الانزياح الأحمر الثقالي لفريق كوتم أول مقياس لنسبة نصف القطر ، وإن كان ذلك بدون معرفة الكتلة والقطر. وذلك لأن درجة الانزياح الأحمر (قوة الجاذبية) تعتمد على كتلة ونصف قطر النجم النيوتروني. شكك بعض العلماء في هذا القياس ، لأن الخطوط الطيفية المكتشفة بدت ضيقة للغاية. تعزز النتائج الجديدة تفسير الانزياح الأحمر الثقالي للخطوط الطيفية لفريق كوتم (وبالتالي نسبة نصف القطر) لأن النجم الأبطأ يمكن أن ينتج بسهولة مثل هذه الخطوط الضيقة نسبيًا.
لذا ، أصبح العلماء أكثر ثقة بنسبة نصف القطر ، وهم يعرفون الآن نصف القطر ، ويمكن للعلماء حساب كتلة النجم النيوتروني. كانت القيمة بين 1.5 و 2.3 كتلة شمسية ، مع أفضل تقدير عند 1.75 كتلة شمسية.
تدعم النتيجة النظرية القائلة بأن المادة في النجم النيوتروني في EXO 0748-676 معبأة بإحكام بحيث يتم ضغط جميع البروتونات والإلكترونات تقريبًا في النيوترونات ، والتي تدور حول السائل الزائد ، وهو سائل يتدفق دون احتكاك. ومع ذلك ، فإن المسألة ليست معبأة بإحكام بحيث يتم تحرير الكواركات ، وهو ما يسمى نجم الكوارك.
قال فياريال: "لقد بدأت نتائجنا حقًا في الضغط على معادلة النجم النيوتروني للدولة". "يبدو أن معادلات الحالة التي تتوقع إما النجوم الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا مستبعدة تقريبًا. ولعل الأمر الأكثر إثارة هو أن لدينا الآن تقنية رصد من شأنها أن تسمح لنا بقياس العلاقات بين الكتلة والقطر في النجوم النيوترونية الأخرى ".
سيكون لدى بعثة ناسا المقترحة المسماة مرصد كوكبة الأشعة السينية القدرة على إجراء مثل هذه القياسات ، ولكن بدقة أكبر ، لعدد من أنظمة النجوم النيوترونية.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة ناسا
