تحقیق مقاله ستاره های نوترونی

مقدمه شناخت ستاره نوترونی:

هنگامی که ستاره پر جرمی به شکل ابر نواختر منفجر می‌شود، شاید هسته‌اش سالم بماند. اگر هسته بین 1.4 تا 3 جرم خورشیدی باشد، جاذبه آن را فراتر از مرحله کوتوله سفید متراکم می‌کند تا اینکه پروتونها  و الکترونها برای تشکیل نوترونها به یکدیگر فشرده شوند. این نوع شیء سماوی ستاره نوترونی نامیده می‌شود. وقتی که قطر ستاره‌ای 10 کیلومتر (6مایل) باشد، انقباضش متوقف می‌شود. برخی از ستارگان نوترونی در زمین به شکل تپنده شناسایی می‌شوند که با چرخش خود ، 2 نوع اشعه منتشر می‌کنند.

فانوس دریایی ستاره‌ای
ستارگان نوترونی جوان بسرعت می‌چرخند و 2 پرتو
نیرومند موج رادیویی که مرتباً در آسمان سیر می‌کنند
منتشر می‌نمایند. اگر پرتویی از کنار زمین بگذرد
ممکن است بصورت تپشی منظم دیده شود.
چنان ستارگانی پالسار نامیده می‌شوند.

تحقیقات انجام یافته :

از آنجا که اطلاعات در مورد ستارگان نوترونی اندک است، در سالهای اخیر تحقیقات زیادی بر روی این دسته از ستارگان انجام شده است. در اواخر سال 2002 میلادی ، یک تیم تحقیقاتی وابسته به ناسا بسرپرستی خانم J. Cotto مطالعاتی را در مورد یک ستارۀ نوترونی به همراه یک ستارۀ همدم به نام 0748676 EXO انجام داد. این گروه برای مطالعه این ستارۀ دوتایی که در فاصله 30000 سال نوری از زمین قرار دارد، از یک ماهوارۀ مجهز به اشعه ایکس بهره برد. (این ماهواره متعلق به آزانس فضایی اروپاست و XMMX- ray Multi Mirror نیوتن نام دارد(

هدف این تحقیق تعیین ساختار ستارۀ نوترونی با استفاده از تأثیرات جاذبه زیاد ستاره بر روی نور بود. با توجه به نظریه نسبیت عام نوری که از یک میدان جاذبه زیاد عبور کند، مقداری از انرژی خود را از دست می‌دهد.

÷این کاهش انرژی به صورت افزایش طول موج نور نمود پیدا می‌کنند. به این پدیده انتقال به قرمز می‌گویند.

این گروه برای اولین بار انتقال به قرمز نور گذرنده از اتمسفر بسیار بسیار نازک یک ستارۀ نوترونی را اندازه گیری کردند. جاذبه عظیم ستارۀ نوترونی باعث انتقال به قرمز نور می‌شود، که میزان آن به مقدار جرم ستاره و شعاع آن بستگی دارد. تعیین مقادیر جرم و شعاع ستاره می‌تواند محققان را در یافتن فشار درونی ستاره یاری کند. با آگاهی از فشار درونی ستاره منجمان می‌توانند حدس بزنند که داخل ستارۀ نوترونی فقط متشکل از نوترونهاست یا ذرات ناشناخته دیگر را نیز شامل می‌شود. این گروه تحقیقاتی پس از انجام مطالعات و آزمایشات خود دریافتند که این ستاره تنها باید از نوترون تشکیل شده باشد و در حقیقت طبق مدلهای کوارکی ذرۀ دیگری جز نوترون در آن وجود ندارد.

در حین این مطالعه و برای بررسی تغییرات طیف پرتوهای ایکس یک منبع پرقدرت اشعه ایکس لازم بود

. انفجارهای هسته‌ای (Thermonuclear Blasts) که بر اثر جذب ستارۀ همدم توسط ستارۀ نوترونی ایجاد می‌شود. همان منبع مورد نیاز برای تولید اشعه ایکس بود. (ستارۀ نوترونی به سبب جرم زیاد و به طبع آن جاذبه قوی مواد ستارۀ همدم را بسوی خود جذب می‌کرد.) طیف پرتوهای X تولید شده پس از عبور از جو بسیار کم ستارۀ نوترونی که از اتمهای آهن فوق یونیزه شده تشکیل شده بود توسط ماهوارۀ XMM – نیوتن مورد بررسی قرار گرفتند.نکته قابل توجه این است که در آزمایشهای قبلی که توسط گروه دیگری انجام شده بود تحقیقات بر روی ستاره‌ای متمرکز بود که میدان مغناطیسی بزرگی داشت و چون میدان مغناطیسی نیز بر روی طیف نور تأثیر گذار است، تشخیص اثر نیروی جاذبه ستاره بر روی طیف نور بطور دقیق امکان پذیر نبود. ولی ستارۀ مورد نظر در پروژۀ بعدی دارای میدان مغناطیسی ضعیفی بود که اثر آن از اثر نیروی جاذبه قابل تشخیص بود.

نکته ی قابل توجه این است که در آزمایشهای قبلی که توسط گروه دیگری انجام شده بود تحقیقات بر روی ستاره ای متمرکز بود که میدان مغناطیسی بزرگی داشت و چون میدان مغناطیسی نیز بر روی طیف نور تأثیر گذار است تشخیص اثر نیروی جاذبه ی ستاره بر روی طیف نور به طور دقیق امکان پذیر نبود. ولی ستاره موردنظر در پروژه بعدی (که آن را توضیح دادیم) دارای میدان مغناطیسی ضعیفی بود که اثر آن از اثر نیروی جاذبه قابل تشخیص بود.

هر گاه واکنشهای هسته ای هسته ستاره متوقف شوند، ستاره به مرحله مرگ وارد و ساختارش ناپایدار می شود. ستاره ای با جرم نسبتاً کم در طی میلیاردها سال، آهسته سوخت هسته ایش را می سوزاند، و سپس به غول سرخ تکامل می یابد. سپس غول سرخ متلاشی می شود تا یک سحابی سیاره ای (پوسته منبسط شونده گازی) پیرامون یک کوتوله سفید تشکیل دهد. ستاره ای با جرم زیاد، سوختش را سریعتر و فقط طی چند میلیون سال می سوزاند و سپس به یک ابر غول تکامل می یابد.

سپس در انفجاری بزرگ به نام ابرنواختر فوران می کند. هسته باقیمانده، ستاره نوترونی یا حفره سیاه را تشکیل می دهد

ستارگان کم جرم و پرجرم:

ستارگان کم جرم

کلیه ستارگان فرایند سنتز هسته ای را با گداخت هیدروژن در هسته شان برای تشکیل هلیوم آغاز می کنند. هیدروژن ساده ترین و فراوانترین عنصر موجود است. هنگامی که ستاره ای با جرمی کمتر از 10 جرم  خورشیدی، هسته اش منقبض می شود. توام با این انقباض، هسته حرارت می بیند و پوسته هیدروژنی پیرامون هسته را محترق می کند. هنگامی که هیدروژن این پوسته برای تشکیل هلیوم گداخته می شود، هسته آنقدر داغ می شود که با گداخت هلیوم، کربن را تشکیل می دهد. وقتی که هلیوم هسته به مصرف می رسد، واکنشهای هسته ای ستاره متوقف می شوند.

ستارگان پرجرم :

در ستارگانی با جرم بیش از 10 جرم خورشیدی، مراحل اولیه سنتز هسته ای مشابه ستارگان کم جرم است. ستارگان پر جرم سریعتر از ستارگان کم جرم سوخت هسته ایشان را مصرف می کنند زیرا دما و فشار هسته شان از ستارگان کم جرم بیشتر است

ستاره های نوترونی

در مورد ستاره های در حال انقباض با جرم بیش از M 4/1 ، فشار گاز الکترونی تبهگن نمی تواند بر جاذبه گرانشی غلبه کند. ماده در هم شکسته می شود و به چنان چگالی های بالایی می رسد که واپاشی بتای معکوس به وقوع می پیوندد:

توضیح این مطلب به این ترتیب است که : پروتونها و الکترونها به هم فشرده می شوند و نوترون به وجود آید؛ یک گاز نوترونی شکل می گیرد. در چگالی ای در حدود kg/m3  10 قوانین کوانتوم در مورد نوترونها کاربرد پیدا می کنند و نوترونها به صورت یک گاز تبهگن در می آیند. مشابه رفتاری که الکترونها در یک گاز الکترونی تبهگن از خود نشان می دهند، یک گاز نوترونی تبهگن تولید فشار داخلی کرده باعث تشکیل یک موجود پایدار می شود که همان ستاره نوترونی است . چون مبادله حالت یک گاز نوترونی تبهگن تقریباً همان حالت یک گاز الکترونی تبهگن است، از این رو، ستاره های نوترونی با جرم بیشتر، شعاعهای کمتری خواهند داشت – دارای حدی برای جرم خواهند بود (که گمان می رود. این حد تقریباً 5 برابر جرم خورشید باشد).

خواص فیزیکی

ستاره های نوترونی ، بسته به جرمشان ، قطرهایی در حدود 10 تا KM 20 دارند. در یک ستاره نوترونی نمونه با شعاع حدود KM 15 ،  KM 12 داخل آن شامل گاز نوترون با چنان چگالی بالایی است که به صورت مایع می باشد. KM 3 خارجی آن شامل مخلوطی از یک نوع ابر مایع نوترونی و هسته های غنی از نوترون که در یک شبکه بلور جامد مرتب شده اند، می باشد. این ساختار همان ساختار یک جامد بلوری است که شبیه ساختار داخلی یک کوتوله سفید است. خارجی ترین قسمت ستاره نوترونی که در حدود چند متر است و در این ناحیه، چگالی به سرعت کم می شود، شامل جوی مرکب از اتمها، الکترونها و پروتونهاست. بیشتر اتمهای موجود در این قسمت اتمهای آهن هستند.

(تصاویر در فایل اصلی قابل مشاهده است)