ما هو حجم النجم النيوتروني؟ هذه النجوم شديدة الانهيار الشديدة هي صغيرة إلى حد ما ، فيما يتعلق بالأجسام النجمية. لسنوات ، كان علماء الفلك يربطون النجوم النيوترونية في مكان ما بين 19-27 كم (12 إلى 17 ميل) عبر. هذا في الواقع دقيق تمامًا ، نظرًا لمسافات وخصائص النجوم النيوترونية. لكن علماء الفلك يعملون على تضييق ذلك إلى مستوى متساوٍ أكثر قياس دقيق.
وقد قام فريق دولي من الباحثين بذلك الآن. باستخدام بيانات من العديد من المقاريب والمراصد المختلفة ، قام أعضاء معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ، ومعهد ألبرت أينشتاين (AEI) بتضييق تقديرات الحجم للنجوم النيوترونية بعامل اثنين.
قال بدري كريشنان ، الذي قاد فريق البحث في AEI هانوفر: "نجد أن النجم النيوتروني النموذجي ، الذي يبلغ وزنه 1.4 مرة تقريبًا مثل شمسنا يبلغ نصف قطره حوالي 11 كيلومترًا". "تحدد نتائجنا نصف القطر على الأرجح في مكان ما بين 10.4 و 11.9 كيلومترًا."
وهذا يترجم إلى قطر يتراوح بين 20.8 - 23.8 كيلومتر (13-14.8 ميل).
موضوع دراسة هذا الفريق مشهور إلى حد ما: اندماج النجوم النيوترونية الثنائي GW170817 الذي خلق موجات الجاذبية التي تم الكشف عنها في عام 2017 من قبل LIGO (مرصد الموجات التداخلية بالليزر) وكونسورتيوم العذراء. تمت دراسة هذا الجسم عدة مرات بواسطة تلسكوبات متعددة ، بما في ذلك القمر الصناعي Fermi ، وتلسكوب هابل الفضائي وغيرها من التلسكوبات والمراصد حول العالم. كل هذه الملاحظات أعطت فريق ماكس بلانك حمولة من البيانات للعمل معها.
"اندماج النجوم النيوترونية الثنائية هو منجم ذهب للمعلومات!" قال كولين كابانو ، الباحث في AEI هانوفر والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية نشرت في مجلة Nature Astronomy. "تحتوي النجوم النيوترونية على أكثر المواد كثافة في الكون المرئي. من خلال قياس خصائص هذه الأشياء ، نتعلم عن الفيزياء الأساسية التي تحكم المادة على المستوى دون الذري. "
تتشكل النجوم النيوترونية عندما ينفد الوقود من نجم ضخم وينهار. تنهار المنطقة المركزية للغاية من النجم - النواة ، وتسحق كل بروتون وإلكترون معًا في نيوترون. إذا كان قلب النجم المنهار بين حوالي 1 و 3 كتل شمسية ، يمكن لهذه النيوترونات التي تم إنشاؤها حديثًا إيقاف الانهيار ، تاركة خلفها نجمًا نيوترونيًا.
النجوم ذات الكتل الأعلى ستستمر في الانهيار إلى ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية.
لكن الانهيار إلى نجم نيوتروني يخلق جسمًا كثيفًا معروفًا - مرة أخرى ، جسم بكتلة من الشمس تُسحق إلى حجم المدينة. وربما سمعت هذه المقارنة الأخرى من قبل ، لكن الأمر يستحق التكرار بسبب مدى درامتها: سيزن مكعب سكر من مادة النجم النيوتروني حوالي 1 تريليون كيلوغرام (أو مليار طن) على الأرض - تقريبًا مثل جبل قمة افرست.
استخدم فريق البحث نموذجًا يستند إلى الفهم الأساسي لكيفية تفاعل الجسيمات دون الذرية عند الكثافات العالية الموجودة داخل النجوم النيوترونية.
ولكن بما أن حجم النجوم الأخرى يمكن أن يختلف اختلافًا كبيرًا ، ألا يمكن أن يختلف حجم النجوم النيوترونية أيضًا؟
أولاً ، للتوضيح ، فإن نصف القطر المقتبس في هذه الدراسة هو لنجم نيوتروني كتلته 1.4 مرة كتلة شمسنا.
وقال كابانو لمجلة الفضاء في رسالة بالبريد الإلكتروني "هذه كتلة إيمانية تستخدم عادة في الأدبيات لأن جميع النجوم النيوترونية تقريبًا التي تمت ملاحظتها في ثنائي لها كتلة قريبة من هذه القيمة". "السبب في أننا نستطيع استخدام GW170817 لتقدير نصف قطر 1.4 نجم نيوتروني ذي كتلة شمسية هو أننا نتوقع أن تكون جميع النجوم النيوترونية تقريبًا مصنوعة من نفس الأشياء."
وأوضح كابانو أنه بالنسبة للنجوم "العادية" الأخرى ، تعتمد العلاقة بين كتلتها ونصف قطرها على عدد من المتغيرات ، مثل العنصر الذي يدمجه النجم في جوهره.
وقال: "النجوم النيوترونية ، من ناحية أخرى ، مضغوطة وكثيفة للغاية ، بحيث لا توجد ذرات منفصلة في الحقيقة - النجم بأكمله هو في الأساس نواة ذرية مفردة عملاقة ، تتكون بالكامل تقريبًا من النيوترونات معبأة بإحكام معًا". لهذا السبب ، لا يمكنك التفكير في النجوم النيوترونية على أنها تتكون من عناصر مختلفة. في الواقع ، "العنصر" ليس له أي معنى في هذه الكثافات ، لأن ما يحدد العنصر هو عدد البروتونات الموجودة في ذراته المكونة. "
قال كابانو أنه بما أن جميع النيوترونات مصنوعة من نفس الأشياء (الكواركات ، التي تجمعها الغلوونات) ، يتوقع علماء الفلك أن يكون هناك رسم خرائط عالمي بين الكتلة ونصف القطر ينطبق على جميع النجوم النيوترونية.
وقال "لذلك ، عندما نقتبس الحجم المحتمل لنجم 1.4 كتلة شمسية ، ما نقوم به في الواقع هو تقييد الأخطاء الفيزيائية المحتملة التي تصف العالم دون الذري".
كما يصف الفريق في ورقتهم ، يمكن أيضًا تطبيق نتائجهم وعملياتهم على دراسة الأجسام الفلكية الأخرى ، مثل النجوم النابضة والمغناطيسية ، وحتى طريقة انبعاث موجات الجاذبية لتوفير تفاصيل حول ما يخلق هذه الموجات.
قالت ستيفاني براون ، المؤلفة المشاركة في المنشور: "هذه النتائج مثيرة ، ليس فقط لأننا تمكنا من تحسين قياسات نصف قطر النجم النيوتروني بشكل كبير ، ولكن لأنها تعطينا نافذة على المصير النهائي للنجوم النيوترونية في دمج الثنائيات". وطالب دكتوراه في AEI هانوفر.
أكثر:
ورقة: قيود صارمة على نصف قطر النجم النيوتروني من الملاحظات متعددة المسافرين والنظرية النووية
بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك
