ماموریت غیرممکن ستاره های نوترونی ، عکس - سفر به تایلند

فرکانس های نوسانی دو انفجار کوتاه پرتو گاما، برترین شواهدی هستند که تا به امروز در خصوص تشکیل شدن ستاره های نوترونی پرجرم ارائه شده اند. ستاره های نوترونی پرجرم می توانند پیش از فروپاشی و تشکیل شدن سیاه چاله، برای مدت کوتاهی از گرانش سرپیچی نمایند.

یک ستاره نوترونی زمانی تشکیل می گردد که سوخت یک ستاره بزرگ به انتها برسد و منفجر گردد. در انتها، بقایای فوق متراکم باقی می مانند که می توانند جرم خورشید را در فضای یک شهر جمع نمایند. معمولا یک ستاره نوترونی پیش از اینکه دچار فروپاشی گرانشی گردد و سیاه چاله ای را تشکیل دهد، فقط می تواند کمی بیش از دو برابر خورشید جرم داشته باشد. با وجود این، وقتی دو ستاره نوترونی منظم در یک منظومه دوتایی با هم ادغام می شوند، جرم ترکیبی آنها می تواند از این میزان فراتر برود اما فقط برای مدت کوتاهی به این صورت باقی می ماند و تشخیص دادن این مرحله سخت است.

سیسیلیا چیرنتی(Cecilia Chirenti)، سرپرست این پژوهش که اخترفیزیکدان مرکز پرواز فضایی گادرد(GSFC) ناسا در مریلند و مرکز ریاضیات، محاسبات و شناخت در دانشگاه فدرال ای بی سی(UFABC) برزیل است، در مصاحبه با اسپیس گفت: ما باید کار خود را با دو ستاره نوترونی سبک در منظومه دوتایی شروع کنیم تا یک ستاره نوترونی پرجرم را تشکیل دهیم. در غیر این صورت، یک فروپاشی مستقیم رخ می دهد.

وقتی ستاره های نوترونی جفتی با هم برخورد می نمایند، انفجاری از نور به نام گران نواختر یا کیلونوا(Kilonova) رخ می دهد. گران نواختر، انفجار امواج گرانشی و انفجار کوتاه پرتو گاما را در پی دارد که معمولا کمتر از دو ثانیه طول می کشد. اگر همان طور که شبیه سازی های رایانه ای پیش بینی می نمایند، ستارگان نوترونی پرجرم پیش از فروپاشی در سیاه چاله شکل بگیرند، شواهدی مبنی بر وجود این اجرام را می توان در نوسانات غیرقابل شرح در فرکانس پرتوهای گاما یافت.

شبیه سازی ها پیش بینی می نمایند که این نوسانات شبه تناوبی، نتیجه طبیعی تشکیل شدن یک ستاره نوترونی پرجرم هستند که جرمی بین 2.5 تا چهار جرم خورشید دارد. چنین ستاره نوترونی پرجرمی بلافاصله فرو نمی ریزد زیرا قسمت های مختلف ستاره نوترونی با سرعت های بسیار متفاوتی می چرخند که از فروپاشی آن جلوگیری می نماید.

با وجود این، یک ستاره نوترونی پرجرم نیز کاملا پایدار نخواهد بود. مواد روی سطح آن جابه جا می شوند و جهت قطب های مغناطیسی ستاره را که منتشرنماینده فواره های پرتو گاما هستند، به شکلی لرزان مختل می نمایند. گروه چیرنتی متوجه شدند که ویژگی های پویای یک ستاره نوترونی پرجرم می توانند به بروز نوسانات شبه تناوبی منجر شوند. دو گزینه ای که آنها شناسایی کردند، GRB 910711 و GRB 931101B هستند که با این نتیجه مطابقت دارند.

یک ستاره نوترونی پرجرم هنوز هم عمر زیادی نخواهد داشت. امواج گرانشی ساطع شده در طول روند ادغام، مقداری از حرکت چرخشی ستاره نوترونی پرجرم را از بین می برند و چرخش آن را به میزان ای کاهش می دهند که گرانش بر آن مسلط گردد.

چیرنتی گفت: شبیه سازی ها نشان می دهند که ستاره نوترونی پرجرم به سرعت در حال چرخش است. این ستاره، ماده را از دست می دهد و پیش از فروپاشی نوسان پیدا می نماید.

طول عمر یک ستاره نوترونی پرجرم، چند صد میلی ثانیه خواهد بود. این مدت زمان بسیار کوتاهی به نظر می رسد اما در نظر بگیرید که ستارگان نوترونی پرجرم می توانند سریع ترین ستاره های در حال چرخش در کیهان باشند و یک چرخش را در 1.5 میلی ثانیه یا کمتر انجام دهند. یک ستاره نوترونی پرجرم می تواند پیش از فروپاشی، چند صد بار بچرخد.

اگرچه یافتن تنها دو گزینه در نمونه ای شامل بیش از 700 موج کوتاه پرتو گاما نشان می دهد که ستاره های نوترونی پرجرم ممکن است نادر باشند اما چیرنتی آن را این گونه نمی بیند. وی اضافه نمود: ممکن است جنبه های دیگری در ارتباط با فراوری امواج پرتو گاما وجود داشته باشند که تشخیص دادن ستاره نوترونی پرجرم را سخت نمایند.

این پژوهش نو فقط راهی را نشان می دهد که دانشمندان به وسیله آن در پی درک این موضوع هستند که هنگام ادغام ستاره های نوترونی چه اتفاقی می افتد. ون فای فونگ(Wen-fai Fong)، ستاره شناس دانشگاه نورث وسترن(Northwestern University) که در این پژوهش نقشی نداشت، در مصاحبه با اسپیس گفت: راه های گوناگونی برای آنالیز شرایط نهایی ادغام ستاره های نوترونی وجود دارند که جامعه علمی در پی آنها بوده است. وجود شواهد بالقوه در خصوص یک ستاره نوترونی بسیار پرجرم در داده های آرشیوی، بسیار هیجان انگیز و مکمل کوشش های امروزی در خصوص انفجارهای کوتاه پرتو گاما در سراسر طیف الکترومغناطیسی است.

یکی از راه های جستجو در خصوص ستاره های نوترونی پرجرم، تشخیص دادن امواج گرانشی است که هنگام شکل گیری آنها منتشر می شوند. شبیه سازی ها نشان می دهند که امواج گرانشی هم باید نوسان داشته باشند اما در فرکانس بسیار بالا و برای میزان گیری محصول کنونی آشکارسازها. چیرنتی گفت: با وجود این، نوسان فرکانس امواج گرانشی باید به وسیله نسل بعدی آشکارسازهای امواج گرانشی طی 10 تا 15 سال قابل تشخیص باشد.

5858