لقد تتبع علماء الفيزياء الفلكية كيف تتلاشى النجوم النيوترونية في الظل. ينكر النجم النيوتروني "فائق الثقل" نظرية الكواركات "الحرة".

حقوق الطبع والنشر التوضيحيةصور جيتيشرح الصورة وقد تم رصد هذه الظاهرة باستخدام المراصد الفضائية والتلسكوبات الأرضية

تمكن العلماء من اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين لأول مرة.

وتم تسجيل الموجات بواسطة أجهزة كشف LIGO في الولايات المتحدة الأمريكية ومرصد العذراء الإيطالي.

وفقا للباحثين، نتيجة لمثل هذه الاندماجات، تظهر عناصر مثل البلاتين والذهب في الكون.

تم الاكتشاف في 17 أغسطس. اكتشف كاشفان في الولايات المتحدة إشارة الجاذبية GW170817.

أتاحت بيانات الكاشف الثالث في إيطاليا توضيح موقع الحدث الكوني.

قال ديفيد ريتز، المدير التنفيذي لمختبر LIGO، تعليقًا على هذا الاكتشاف: "هذا ما كنا ننتظره جميعًا".

وحدث الاندماج في المجرة NGC4993، التي تقع على بعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الهيدرا.

وتراوحت كتل النجوم من 1.1 إلى 1.6 كتلة شمسية، وهو ما يقع ضمن نطاق كتلة النجوم النيوترونية. نصف قطرها 10-20 كم.

تسمى النجوم بالنجوم النيوترونية لأنها في هذه العملية ضغط الجاذبيةتندمج البروتونات والإلكترونات داخل النجم، مما يؤدي إلى جسم يتكون بالكامل تقريبًا من النيوترونات.

تتمتع مثل هذه الأجسام بكثافة لا تصدق - حيث تزن ملعقة صغيرة من المادة حوالي مليار طن.

حقوق الطبع والنشر التوضيحية NSF/LIGO/جامعة ولاية سونوماشرح الصورة يبدو اندماج النجوم النيوترونية في أذهان العلماء هكذا (في الصورة - نموذج الكمبيوتر)

مختبر LIGO في ليفينغستون، لويزيانا مبنى صغير، والتي يمتد منها أنبوبان بزوايا قائمة - أذرع مقياس التداخل. يوجد داخل كل منها شعاع ليزر، يسجل التغيرات في طول موجات الجاذبية التي يمكن اكتشافها.

تم تصميم كاشف LIGO، الموجود وسط الغابات الشاسعة، لرصد موجات الجاذبية التي تولد كوارث كونية واسعة النطاق مثل اندماج النجوم النيوترونية.

وتمت ترقية الكاشف قبل أربع سنوات، ومنذ ذلك الحين اكتشف اصطدامات الثقوب السوداء أربع مرات.

وتؤدي موجات الجاذبية، التي تنشأ نتيجة أحداث واسعة النطاق في الفضاء، إلى ظهور تشوهات زمانية مكانية، تشبه إلى حد ما التموجات في الماء.

تشغيل الوسائط غير مدعوم على جهازك

اكتشاف العام: كيف يبدو صوت اصطدام نجم نيوتروني؟

إنها تمد وتضغط كل المادة التي تمر بها إلى درجة تكاد تكون ضئيلة - أقل من عرض ذرة واحدة.

"أنا سعيد بما فعلناه. إنها المرة الأولى التي أبدأ فيها العمل موجات الجاذبيةفي جلاسكو بينما كان لا يزال طالبًا. تقول البروفيسورة نورنا روبرتسون، العاملة في مرصد LIGO: "لقد مرت سنوات عديدة منذ ذلك الحين، وكانت هناك فترات صعود وهبوط، ولكن الآن أصبح كل شيء معًا".

وتضيف: "على مدى السنوات القليلة الماضية، اكتشفنا لأول مرة اندماج الثقوب السوداء ومن ثم النجوم النيوترونية، وأشعر أننا نفتح مجالًا جديدًا للبحث".

• تم التنبؤ بوجود موجات الجاذبية في هذا الإطار النظرية العامةالنسبية لأينشتاين
• لقد استغرق الأمر عقودًا من الزمن لتطوير التكنولوجيا التي مكنت من تسجيل الموجات.
• موجات الجاذبية هي تشوهات في الزمان والمكان تنشأ نتيجة لأحداث واسعة النطاق في الفضاء
• تولد المادة المتسارعة بسرعة موجات جاذبية تنتقل بسرعة الضوء
• ومن بين المصادر المرئية للموجات اندماج النجوم النيوترونية و"الثقوب السوداء".
• يفتح البحث الموجي مجالًا جديدًا بشكل أساسي للبحث

ويعتقد العلماء أن إطلاق الطاقة بهذا الحجم أدى إلى تكوين عناصر نادرة مثل الذهب والبلاتين.

ووفقا للدكتورة كيت ماغواير من جامعة كوينز بلفاست، التي قامت بتحليل التفشيات الأولى التي نشأت عن الاندماج، فقد تم الآن إثبات هذه النظرية.

"باستخدام أقوى التلسكوبات في العالم، اكتشفنا أن اندماج النجم النيوتروني أدى إلى قذف أجسام ثقيلة بسرعة عالية العناصر الكيميائيةيقول ماغواير: "مثل الذهب والبلاتين إلى الفضاء".

"تساعد هذه النتائج الجديدة في إحراز تقدم كبير نحو حل الجدل الطويل الأمد حول مكان وجوده الجدول الدوريوتضيف: "تم أخذ عناصر أثقل من الحديد".

حدود جديدة

كما أكدت ملاحظات اصطدام النجم النيوتروني النظرية القائلة بأنه كان مصحوبًا بدفقات قصيرة من أشعة جاما.

من خلال مقارنة المعلومات التي تم جمعها عن موجات الجاذبية الناتجة عن الاصطدام مع البيانات الموجودة الإشعاع الضوئيتم جمعها باستخدام التلسكوبات، استخدم العلماء طريقة غير مستخدمة سابقًا لقياس معدل توسع الكون.

ووصف البروفيسور ستيفن هوكينج، أحد أكثر علماء الفيزياء النظرية تأثيرًا على هذا الكوكب، في حديثه لبي بي سي، بأنها "الدرجة الأولى على السلم" لطريقة جديدة لقياس المسافات في الكون.

وقال هوكينج: "الطرق الجديدة لمراقبة الكون تميل إلى أن تؤدي إلى مفاجآت، الكثير منها لا يمكن التنبؤ بها. مازلنا نفرك أعيننا، أو بالأحرى، نصفي آذاننا، بعد سماع صوت موجات الجاذبية لأول مرة".

حقوق الطبع والنشر التوضيحية N.S.F.شرح الصورة مجمع مرصد LIGO في ليفينغستون. تمتد "الأكتاف" من المبنى - وهي أنابيب تمر بداخلها أشعة الليزر في الفراغ

يتم الآن تحديث معدات مجمع LIGO. وفي غضون عام، ستصبح حساسيته مضاعفة، وسيكون قادرًا على مسح جزء من الفضاء أكبر بثماني مرات مما هو عليه الآن.

يعتقد العلماء أنه في المستقبل، ستصبح مراقبة الاصطدامات بين الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية أمرًا شائعًا. ويأملون أيضًا أن يتعلموا مراقبة الأشياء التي لا يمكنهم حتى تخيلها اليوم، والبدء حقبة جديدةفي علم الفلك.

النجوم النيوترونية، والتي تسمى غالبًا بالنجوم "الميتة"، هي أجسام مذهلة. أصبحت دراستهم في العقود الأخيرة واحدة من أكثر مجالات الفيزياء الفلكية روعة وغنية بالاكتشافات. لا يرجع الاهتمام بالنجوم النيوترونية إلى غموض بنيتها فحسب، بل أيضًا إلى كثافتها الهائلة ومجالاتها المغناطيسية والجاذبية القوية. الأمر فيه حالة خاصة، تشبه نواة ذرية ضخمة، ولا يمكن إعادة إنتاج هذه الظروف في المختبرات الأرضية.

الولادة على طرف قلم

أدى اكتشاف جسيم أولي جديد، النيوترون، في عام 1932، إلى تساؤل علماء الفيزياء الفلكية عن الدور الذي قد يلعبه في تطور النجوم. وبعد ذلك بعامين، اقترح أن انفجارات السوبرنوفا مرتبطة بتحول النجوم العادية إلى نجوم نيوترونية. ثم تم إجراء حسابات على هيكل ومعايير الأخير، وأصبح من الواضح أنه إذا تحولت النجوم الصغيرة (مثل شمسنا) في نهاية تطورها إلى أقزام بيضاء، فإن الأثقل منها تصبح نيوترونية. في أغسطس 1967، اكتشف علماء الفلك الراديوي، أثناء دراسة وميض مصادر الراديو الكونية، إشارات غريبة: قصيرة جدًا، تدوم حوالي 50 مللي ثانية، تم تسجيل نبضات من البث الراديوي، تتكرر في فترة زمنية محددة بدقة (في حدود ثانية واحدة). . وكان هذا مختلفًا تمامًا عن الصورة الفوضوية المعتادة للتقلبات العشوائية غير المنتظمة في البث الراديوي. وبعد فحص شامل لجميع المعدات، كنت واثقًا من وجود النبضات أصل خارج كوكب الأرض. ومن الصعب على علماء الفلك أن يتفاجأوا بالأجسام التي تنبعث منها بكثافة متغيرة، ولكن في في هذه الحالةكانت الفترة قصيرة جدًا، وكانت الإشارات منتظمة جدًا، لدرجة أن العلماء اقترحوا جديًا أنها قد تكون أخبارًا من حضارات خارج كوكب الأرض.

لذلك، تم تسمية النجم النابض الأول بـ LGM-1 (من الكلمة الإنجليزية Little Green Men "Little Green Men")، على الرغم من أن محاولات العثور على أي معنى في النبضات المستقبلة انتهت دون جدوى. وسرعان ما تم اكتشاف 3 مصادر راديوية نابضة أخرى. وتبين أن الفترة الزمنية الخاصة بهم مرة أخرى أقل بكثير من الأوقات المميزة للاهتزاز والدوران لجميع الأجسام الفلكية المعروفة. نظرًا للطبيعة النبضية للإشعاع، بدأ تسمية الأجسام الجديدة بالنجوم النابضة. هز هذا الاكتشاف علم الفلك حرفيًا، وبدأت التقارير عن اكتشافات النجوم النابضة تأتي من العديد من المراصد الراديوية. بعد اكتشاف النجم النابض في سديم السرطان، والذي نشأ نتيجة انفجار سوبر نوفا عام 1054 (كان هذا النجم مرئيا خلال النهار، كما يذكر الصينيون والعرب والأمريكيون الشماليون في سجلاتهم)، أصبح من الواضح أن النجوم النابضة هي بطريقة أو بأخرى ذات صلة ب انفجارات السوبرنوفا .

على الأرجح، جاءت الإشارات من جسم بقي بعد الانفجار. لقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن يدرك علماء الفيزياء الفلكية أن النجوم النابضة هي النجوم النيوترونية سريعة الدوران التي كانوا يبحثون عنها لفترة طويلة.

سديم السلطعون
اندلاع هذا سوبر نوفا(الصورة أعلاه)، تتلألأ في أفق الأرض أكثر إشراقا من كوكب الزهرةومرئية حتى أثناء النهار، حدثت عام 1054 حسب الساعات الأرضية. ما يقرب من 1000 عام هي فترة زمنية قصيرة جدًا وفقًا للمعايير الكونية، ومع ذلك، خلال هذه الفترة تمكن سديم السرطان الجميل من التشكل من بقايا النجم المنفجر. هذه الصورةعبارة عن تركيب من صورتين: إحداهما تم الحصول عليها بواسطة تلسكوب هابل البصري الفضائي (ظلال حمراء)، والأخرى تلسكوب الأشعة السينية"شاندرا" (الأزرق). من الواضح أن الإلكترونات عالية الطاقة المنبعثة في نطاق الأشعة السينية تفقد طاقتها بسرعة كبيرة الألوان الزرقاءتسود فقط في الجزء المركزي من السديم.
يساعد الجمع بين صورتين على فهم آلية تشغيل هذا المولد الكوني المذهل بشكل أكثر دقة الاهتزازات الكهرومغناطيسيةأوسع نطاق ترددي من أشعة جاما إلى موجات الراديو. على الرغم من أن معظم النجوم النيوترونية تم اكتشافها عن طريق الانبعاث الراديوي، إلا أنها تنبعث الجزء الأكبر من طاقتها في نطاقات أشعة جاما والأشعة السينية. تولد النجوم النيوترونية ساخنة للغاية، ولكنها تبرد بسرعة كافية، وفي عمر ألف عام تبلغ درجة حرارة سطحها حوالي 1،000،000 كلفن. لذلك، فإن النجوم النيوترونية الصغيرة فقط هي التي تتألق في نطاق الأشعة السينية بسبب الإشعاع الحراري البحت.

فيزياء النجم النابض
النجم النابض هو ببساطة قمة ممغنطة ضخمة تدور حول محور لا يتطابق مع محور المغناطيس. ولو لم يسقط عليه شيء ولم ينبعث منه، لكان لبثه الراديوي تردد دوراني ولن نسمعه على الأرض أبدًا. ولكن الحقيقة هي أن هذه القمة لديها كتلة هائلة و ارتفاع درجة الحرارةالسطح، ويخلق المجال المغناطيسي الدوار مجالًا كهربائيًا ضخمًا، قادرًا على تسريع البروتونات والإلكترونات إلى سرعة الضوء تقريبًا. علاوة على ذلك، فإن كل هذه الجسيمات المشحونة التي تندفع حول النجم النابض محاصرة في نجمه الضخم المجال المغنطيسي. وفقط ضمن زاوية صلبة صغيرة حول المحور المغناطيسي يمكن أن تتحرر (النجوم النيوترونية لديها أقوى المجالات المغناطيسية في الكون، حيث تصل إلى 10 10 10 14 غاوس، للمقارنة: مجال الأرض هو 1 غاوس، والمجال الشمسي 10 50 غاوس). ) . هذه التدفقات من الجسيمات المشحونة هي مصدر الانبعاث الراديوي الذي تم اكتشاف النجوم النابضة منه، والذي تبين فيما بعد أنه النجوم النيوترونية. نظرًا لأن المحور المغناطيسي للنجم النيوتروني لا يتطابق بالضرورة مع محور دورانه، فعندما يدور النجم، ينتشر تيار من موجات الراديو عبر الفضاء مثل شعاع منارة وامضة، ولا يقطع الظلام المحيط إلا للحظات.

صور الأشعة السينية للنجم النابض لسديم السرطان في حالته النشطة (يسار) والعادية (يمين).

أقرب جار
يقع هذا النجم النابض على مسافة 450 سنة ضوئية فقط من الأرض وهو عبارة عن نظام ثنائي لنجم نيوتروني و قزم أبيضمع فترة تداول 5.5 أيام. ناعم الأشعة السينية، التي يستقبلها القمر الصناعي ROSAT، تنبعث من القبعات القطبية PSR J0437-4715، ساخنة إلى مليوني درجة. أثناء دورانه السريع (مدة هذا النجم النابض 5.75 مللي ثانية)، فإنه يتجه نحو الأرض مع أحد القطبين المغناطيسيين الآخرين، ونتيجة لذلك، تتغير شدة تدفق أشعة جاما بنسبة 33٪. كائن مشرقبجوار النجم النابض الصغير، توجد مجرة ​​بعيدة، والتي لسبب ما تتوهج بنشاط في منطقة الأشعة السينية من الطيف.

الجاذبية سبحانه وتعالى

ووفقا للنظرية التطورية الحديثة، تنهي النجوم الضخمة حياتها بانفجار هائل، مما يحول معظمها إلى سديم غازي متوسع. ونتيجة لذلك، فإن ما يبقى من عملاق أكبر بعدة مرات من شمسنا من حيث الحجم والكتلة هو جسم حار كثيف يبلغ حجمه حوالي 20 كيلومترًا، وله غلاف جوي رقيق (من الهيدروجين والأيونات الأثقل) ومجال جاذبية أكبر 100 مليار مرة من شمسنا. تلك الأرض. وقد أطلق عليه اسم النجم النيوتروني، معتقدًا أنه يتكون بشكل أساسي من النيوترونات. مادة النجم النيوتروني هي الشكل الأكثر كثافة للمادة (ملعقة صغيرة من هذه النواة الفائقة تزن حوالي مليار طن). كانت الفترة القصيرة جدًا من الإشارات الصادرة عن النجوم النابضة هي الحجة الأولى والأكثر أهمية لصالح حقيقة أن هذه نجوم نيوترونية تمتلك مجالًا مغناطيسيًا ضخمًا وتدور بسرعة فائقة. فقط الأجسام الكثيفة والمدمجة (حجمها بضع عشرات من الكيلومترات فقط) ذات مجال جاذبية قوي يمكنها تحمل سرعة الدوران هذه دون أن تتفتت إلى قطع بسبب قوى القصور الذاتي الطاردة المركزية.

يتكون النجم النيوتروني من سائل نيوتروني ممزوج بالبروتونات والإلكترونات. "السائل النووي" يشبه إلى حد كبير المادة الموجودة فيه النوى الذرية، 1014 مرة أكثر كثافة من الماء العادي. وهذا الاختلاف الهائل أمر مفهوم، لأن الذرات تتكون في معظمها من مساحة فارغة، حيث تطير الإلكترونات الخفيفة حول نواة صغيرة وثقيلة. تحتوي النواة على الكتلة كلها تقريبًا، نظرًا لأن البروتونات والنيوترونات أثقل بمقدار 2000 مرة من الإلكترونات. تعمل القوى القصوى الناتجة عن تكوين نجم نيوتروني على ضغط الذرات لدرجة أن الإلكترونات المضغوطة في النواة تتحد مع البروتونات لتكوين النيوترونات. وبهذه الطريقة، يولد نجم يتكون بالكامل تقريبًا من النيوترونات. إذا تم إحضار سائل نووي فائق الكثافة إلى الأرض، فسوف ينفجر مثل ذلك قنبلة نوويةولكنها في النجم النيوتروني تكون مستقرة بسبب ضغط الجاذبية الهائل. ومع ذلك، في الطبقات الخارجية للنجم النيوتروني (كما هو الحال في جميع النجوم)، ينخفض ​​الضغط ودرجة الحرارة، مما يشكل قشرة صلبة يبلغ سمكها حوالي كيلومتر واحد. ويعتقد أنه يتكون بشكل رئيسي من نوى الحديد.

فلاش
يبدو أن توهج الأشعة السينية الهائل الذي حدث في 5 مارس 1979 قد حدث بعيدًا عن مجرتنا، في سحابة ماجلان الكبرى، وهو قمر تابع لمجرتنا درب التبانة، يقع على مسافة 180 ألف سنة ضوئية من الأرض. المعالجة المشتركة لانفجار أشعة جاما في 5 مارس، الذي سجلته سبع مركبات فضائية، جعلت من الممكن تحديد موضع هذا الكائن بدقة تامة، وحقيقة أنه يقع على وجه التحديد في سحابة ماجلان أصبحت الآن موضع شك عمليًا.

من الصعب تخيل الحدث الذي حدث على هذا النجم البعيد منذ 180 ألف سنة، لكنه يومض حينها مثل 10 مستعرات أعظم، أي أكثر من 10 أضعاف لمعان جميع النجوم في مجرتنا. نقطة مشرقةفي الجزء العلوي من الشكل، يوجد نجم نابض SGR طويل ومعروف، والكفاف غير المنتظم هو الموقع الأكثر احتمالاً للجسم الذي اندلع في 5 مارس 1979.

أصل النجم النيوتروني
انفجار المستعر الأعظم هو ببساطة تحويل جزء من طاقة الجاذبية إلى حرارة. عندما ينفد وقود نجم عجوز و رد فعل نووي حراريولم يعد بإمكانه تسخين أعماقه إلى درجة الحرارة المطلوبة، فيحدث انهيار سحابة الغاز في مركز ثقلها. تعمل الطاقة المنبعثة خلال هذه العملية على تشتيت الطبقات الخارجية للنجم في كل الاتجاهات، مما يشكل سديمًا متوسعًا. إذا كان النجم صغيرا، مثل شمسنا، يحدث انفجار ويتشكل قزم أبيض. إذا كانت كتلة النجم أكثر من 10 أضعاف كتلة الشمس، فإن مثل هذا الانهيار يؤدي إلى انفجار سوبر نوفا وتشكيل نجم نيوتروني عادي. إذا انفجر المستعر الأعظم على الفور تماما النجوم الكبار، بكتلة 20×40 شمسية، ويتكون نجم نيوتروني كتلته أكثر من ثلاثة شموس، ثم تصبح عملية ضغط الجاذبية لا رجعة فيها ويتشكل ثقب أسود.

الهيكل الداخلي
تتكون القشرة الصلبة للطبقات الخارجية للنجم النيوتروني من نوى ذرية ثقيلة مرتبة في شبكة مكعبة، حيث تتطاير الإلكترونات بينها بحرية، وهو ما يذكرنا بالمعادن الأرضية، ولكنه أكثر كثافة فقط.

سؤال مفتوح

على الرغم من أن النجوم النيوترونية قد تمت دراستها بشكل مكثف منذ حوالي ثلاثة عقود، إلا أنها الهيكل الداخليغير معروف على وجه اليقين. علاوة على ذلك، ليس هناك يقين راسخ بأنها تتكون أساسًا من النيوترونات. كلما تعمقت في النجم، يزداد الضغط والكثافة ويمكن أن تنضغط المادة لدرجة أنها تتحلل إلى الكواركات - اللبنات الأساسية للبروتونات والنيوترونات. وفقًا للديناميكا اللونية الكمومية الحديثة، لا يمكن للكواركات أن توجد في حالة حرة، بل يتم دمجها في "ثلاثة" و"اثنين" لا يمكن فصلهما. ولكن ربما على الحدود النواة الداخليةوفي النجم النيوتروني يتغير الوضع وتخرج الكواركات من حبسها. لفهم طبيعة النجم النيوتروني والمادة الكواركية الغريبة بشكل أكبر، يحتاج علماء الفلك إلى تحديد العلاقة بين كتلة النجم ونصف قطره ( متوسط ​​الكثافة). من خلال دراسة النجوم النيوترونية باستخدام الأقمار الصناعية، من الممكن قياس كتلتها بدقة تامة، لكن تحديد قطرها أكثر صعوبة بكثير. وفي الآونة الأخيرة، وجد العلماء الذين يستخدمون القمر الصناعي XMM-Newton للأشعة السينية طريقة لتقدير كثافة النجوم النيوترونية بناءً على الانزياح الأحمر الثقالي. شيء آخر غير عادي في النجوم النيوترونية هو أنه مع انخفاض كتلة النجم، يزداد نصف قطره، ونتيجة لذلك، فإن النجوم النيوترونية الأكثر ضخامة يكون لها حجم أصغر.

الأرملة السوداء
غالبًا ما يمنح انفجار المستعر الأعظم سرعة كبيرة للنجم النابض حديث الولادة. مثل هذا النجم الطائر الذي يتمتع بمجال مغناطيسي لائق خاص به يزعج بشدة ملء الغاز المتأين الفضاء بين النجوم. يتشكل نوع من موجة الصدمة التي تجري أمام النجم وتتحول بعده إلى مخروط عريض. تُظهر الصورة البصرية المدمجة (الجزء الأزرق والأخضر) والأشعة السينية (ظلال اللون الأحمر) أننا هنا لا نتعامل فقط مع سحابة غازية مضيئة، ولكن أيضًا مع تدفق ضخم الجسيمات الأولية، المنبعثة من هذا النجم النابض بالميلي ثانية. تبلغ السرعة الخطية للأرملة السوداء مليون كيلومتر في الساعة، وتدور حول محورها خلال 1.6 مللي ثانية، ويبلغ عمرها بالفعل حوالي مليار سنة، ولها نجم مرافق يدور حول الأرملة بفترة 9.2 ساعة. حصل النجم النابض B1957+20 على اسمه لسبب بسيط وهو أنه إشعاع قويفهو ببساطة يحرق جاره، مما يتسبب في "غليان" الغاز الذي يتكون منه وتبخره. الشرنقة الحمراء على شكل سيجار خلف النجم النابض هي جزء من الفضاء حيث تنبعث الإلكترونات والبروتونات المنبعثة من النجم النيوتروني من أشعة غاما الناعمة.

نتيجة النمذجة الحاسوبيةيتيح لك أن تتخيل بوضوح شديد، في المقطع العرضي، العمليات التي تحدث بالقرب من النجم النابض سريع الطيران. الأشعة المنحرفة عن نقطة مضيئة هي صورة تقليدية لتدفق الطاقة الإشعاعية، وكذلك تدفق الجسيمات والجسيمات المضادة التي تنبعث من النجم النيوتروني. الخط الأحمر عند حدود الفضاء الأسود حول النجم النيوتروني وسحب البلازما الحمراء المضيئة هو المكان الذي يلتقي فيه تيار الجسيمات النسبية التي تطير بسرعة الضوء تقريبًا مع الكثافة موجة الصدمةالغاز بين النجوم. من خلال الكبح بشكل حاد، تنبعث الجسيمات من الأشعة السينية، وبعد أن فقدت معظم طاقتها، لم تعد تسخن الغاز الساقط كثيرًا.

تشنج العمالقة

تعتبر النجوم النابضة إحدى المراحل الأولى من حياة النجم النيوتروني. وبفضل دراستهم، تعرف العلماء على المجالات المغناطيسية، وسرعة الدوران، والمصير المستقبلي للنجوم النيوترونية. من خلال المراقبة المستمرة لسلوك النجم النابض، يمكن تحديد مقدار الطاقة التي يفقدها بالضبط، ومقدار تباطؤه، وحتى متى سيتوقف عن الوجود، بعد أن تباطأ كثيرًا لدرجة أنه لا يستطيع إصدار موجات راديو قوية. وأكدت هذه الدراسات العديد من التنبؤات النظرية حول النجوم النيوترونية.

بالفعل بحلول عام 1968، تم اكتشاف النجوم النابضة مع فترة دوران من 0.033 ثانية إلى ثانيتين. يتم الحفاظ على تردد نبضات النجم النابض الراديوي دقة مذهلةوفي البداية كان استقرار هذه الإشارات أعلى من الأرضية الساعة الذرية. ومع ذلك، مع التقدم في مجال قياس الوقت، أصبح من الممكن تسجيل تغيرات منتظمة في فتراتها بالنسبة للعديد من النجوم النابضة. بالطبع، هذه تغييرات صغيرة للغاية، ولا يمكننا أن نتوقع تضاعف الفترة إلا بعد ملايين السنين. تعد نسبة سرعة الدوران الحالية إلى تباطؤ الدوران إحدى طرق تقدير عمر النجم النابض. على الرغم من الاستقرار الملحوظ للإشارة الراديوية، تواجه بعض النجوم النابضة أحيانًا ما يسمى "الاضطرابات". وفي فترة زمنية قصيرة جدًا (أقل من دقيقتين)، تزداد سرعة دوران النجم النابض بمقدار كبير، ثم بعد مرور بعض الوقت تعود إلى القيمة التي كانت قبل "الاضطراب". ويعتقد أن "الاضطرابات" قد تكون ناجمة عن إعادة ترتيب الكتلة داخل النجم النيوتروني. ولكن على أي حال آلية دقيقةغير معروف حتى الآن.

وهكذا فإن نجم فيلا النابض يتعرض لـ”اضطرابات” كبيرة مرة كل 3 سنوات تقريبًا، وهذا ما يجعله شديد الاضطراب. كائن مثير للاهتماملدراسة مثل هذه الظواهر.

النجوم المغناطيسية

بعض النجوم النيوترونية، والتي تسمى مصادر انفجارات أشعة جاما الناعمة المتكررة (SGRs)، تنبعث منها رشقات نارية قوية من أشعة جاما "الناعمة" على فترات غير منتظمة. إن كمية الطاقة المنبعثة من SGR أثناء التوهج النموذجي الذي يستمر بضعة أعشار من الثانية يمكن أن تنبعث من الشمس في ظرف واحد فقط سنة كاملة. توجد أربعة من SGRs المعروفة داخل مجرتنا وواحدة فقط خارجها. يمكن أن تكون هذه الانفجارات المذهلة من الطاقة ناجمة عن الزلازل النجمية، وهي نسخ قوية من الزلازل التي يتمزق فيها السطح الصلب للنجوم النيوترونية وتنفجر تيارات قوية من البروتونات من أعماقها، والتي تنبعث منها أشعة غاما والأشعة السينية عندما تعلق في مجال مغناطيسي. إشعاع. تم تحديد النجوم النيوترونية كمصادر لانفجارات أشعة جاما القوية بعد انفجار أشعة جاما الضخم في 5 مارس 1979، حيث أطلق من الطاقة في الثانية الأولى ما يعادل ما تنبعثه الشمس في 1000 عام. يبدو أن الملاحظات الحديثة لأحد النجوم النيوترونية الأكثر نشاطًا تدعم حاليًا النظرية القائلة بأن الانفجارات القوية غير المنتظمة لأشعة جاما والأشعة السينية ناتجة عن الزلازل النجمية.

في عام 1998، استيقظ نجم SGR الشهير فجأة من "سباته"، الذي لم يظهر أي علامات على النشاط لمدة 20 عامًا، وأطلق من الطاقة ما يعادل تقريبًا توهج أشعة جاما في 5 مارس 1979. وأكثر ما لفت انتباه الباحثين عند مراقبة هذا الحدث هو التباطؤ الحاد في سرعة دوران النجم، مما يشير إلى تدميره. لتفسير توهجات أشعة جاما والأشعة السينية القوية، تم اقتراح نموذج نجم مغناطيسي نيوتروني ذو مجال مغناطيسي فائق القوة. إذا ولد نجم نيوتروني يدور بسرعة كبيرة، فإن التأثير المشترك للدوران والحمل الحراري هو الذي يلعب دور مهمفي الثواني القليلة الأولى من وجود النجم النيوتروني، يمكن أن يخلق مجالًا مغناطيسيًا ضخمًا نتيجة لذلك عملية معقدة، المعروف باسم "الدينامو النشط" (بنفس الطريقة التي يتم بها إنشاء حقل داخل الأرض والشمس). اندهش المنظرون عندما اكتشفوا أن مثل هذا الدينامو، الذي يعمل في نجم نيوتروني ساخن حديث الولادة، يمكن أن يخلق مجالًا مغناطيسيًا أقوى بـ 10000 مرة من المجال الطبيعي للنجوم النابضة. عندما يبرد النجم (بعد 10 أو 20 ثانية)، يتوقف الحمل الحراري والدينامو، لكن هذه المرة كافية لنشوء المجال اللازم.

يمكن أن يكون المجال المغناطيسي للكرة الدوارة الموصلة للكهرباء غير مستقر، ويمكن أن تكون إعادة الهيكلة الحادة لهيكلها مصحوبة بإطلاق كميات هائلة من الطاقة ( مثال واضحمثل هذا النقل الدوري عدم الاستقرار أقطاب مغناطيسيةأرض). تحدث أشياء مماثلة على الشمس، في أحداث متفجرة تسمى " التوهجات الشمسية" في النجم المغناطيسي، تكون الطاقة المغناطيسية المتاحة هائلة، وهذه الطاقة كافية تمامًا لتشغيل التوهجات العملاقة مثل 5 مارس 1979 و27 أغسطس 1998. تتسبب مثل هذه الأحداث حتمًا في حدوث اضطراب وتغييرات عميقة في بنية ليس فقط التيارات الكهربائية في حجم النجم النيوتروني، ولكن أيضًا في قشرته الصلبة. نوع غامض آخر من الأجسام التي تنبعث منها إشعاعات سينية قوية أثناء الانفجارات الدورية هو ما يسمى بنجوم الأشعة السينية الشاذة AXP. وهي تختلف عن النجوم النابضة للأشعة السينية العادية في أنها تنبعث فقط في نطاق الأشعة السينية. ويعتقد العلماء أن SGR وAXP هما مرحلتان من حياة نفس فئة الأجسام، وهي النجوم المغناطيسية أو النجوم النيوترونية، التي تنبعث منها أشعة جاما الناعمة عن طريق سحب الطاقة من المجال المغناطيسي. وعلى الرغم من أن النجوم المغناطيسية تظل اليوم من بنات أفكار المنظرين ولا توجد بيانات كافية تؤكد وجودها، إلا أن علماء الفلك يبحثون باستمرار عن الأدلة اللازمة.

المرشحين المغناطيسي
لقد قام علماء الفلك بالفعل بدراسة مجرتنا الرئيسية بدقة درب التبانة، أنه لا يكلفهم شيئًا تصوير منظره الجانبي، موضحًا عليه موقع أبرز النجوم النيوترونية.

ويعتقد العلماء أن AXP وSGR هما مجرد مرحلتين في حياة نفس النجم النيوتروني المغناطيسي العملاق. خلال العشرة آلاف سنة الأولى، كان النجم المغناطيسي عبارة عن نجم نابض SGR، مرئي في الضوء العادي وينتج رشقات نارية متكررة من إشعاع الأشعة السينية الناعمة، وعلى مدى ملايين السنين التالية، مثل النجم النابض AXP الشاذ، يختفي من النطاق المرئي وينفث فقط في الأشعة السينية.

أقوى مغناطيس
أظهر تحليل البيانات التي حصل عليها القمر الصناعي RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer، NASA) أثناء عمليات رصد النجم النابض غير العادي SGR 1806-20 أن هذا المصدر هو أقوى مغناطيس معروف حتى الآن في الكون. تم تحديد حجم مجاله ليس فقط على أساس البيانات غير المباشرة (من تباطؤ النجم النابض)، ولكن أيضًا بشكل مباشر تقريبًا من قياس تردد دوران البروتونات في المجال المغناطيسي للنجم النيوتروني. يصل المجال المغناطيسي بالقرب من سطح هذا النجم المغناطيسي إلى 10 15 غاوس. إذا كان، على سبيل المثال، في مدار القمر، فسيتم إزالة المغناطيسية من جميع وسائط التخزين المغناطيسية على أرضنا. صحيح أنه مع الأخذ في الاعتبار أن كتلته تساوي تقريبًا كتلة الشمس، فإن هذا لم يعد مهمًا، لأنه حتى لو لم تسقط الأرض على هذا النجم النيوتروني، لكانت تدور حوله بجنون، مما يجعل بدوره الكاملفي ساعة واحدة فقط.

دينامو نشط
نعلم جميعًا أن الطاقة تحب التحول من شكل إلى آخر. وتتحول الكهرباء بسهولة إلى حرارة، والطاقة الحركية إلى طاقة محتملة. وقد اتضح أن التدفقات الحرارية الضخمة من الصهارة أو البلازما أو المادة النووية الموصلة للكهرباء يمكنها أيضًا الطاقة الحركيةتتحول إلى شيء غير عادي، مثل المجال المغناطيسي. إن حركة كتل كبيرة على نجم دوار في وجود مجال مغناطيسي ابتدائي صغير يمكن أن تؤدي إلى تيارات كهربائية تخلق مجالا في نفس اتجاه المجال الأصلي. ونتيجة لذلك، تبدأ زيادة تشبه الانهيار الجليدي في المجال المغناطيسي الخاص بجسم دوار موصل للتيار. كلما زاد المجال، زادت التيارات، كلما زاد المجال، وكل هذا يرجع إلى تدفقات الحمل الحراري المبتذلة، وذلك لأن المادة الساخنة أخف من المادة الباردة، وبالتالي تطفو للأعلى…

حي مضطرب

اكتشف مرصد شاندرا الفضائي الشهير مئات الأجسام (بما في ذلك الموجودة في المجرات الأخرى)، مما يشير إلى أنه ليس كل النجوم النيوترونية مقدر لها أن تعيش حياة منعزلة. تولد مثل هذه الأجسام في أنظمة ثنائية نجت من انفجار المستعر الأعظم الذي خلق النجم النيوتروني. ويحدث أحيانًا أن تلتقط النجوم النيوترونية المنفردة الموجودة في المناطق النجمية الكثيفة مثل العناقيد الكروية رفيقًا لها. وفي هذه الحالة، فإن النجم النيوتروني سوف "يسرق" المادة من جاره. واعتمادًا على مدى ضخامة النجم المصاحب له، فإن هذه "السرقة" ستتسبب في عواقب مختلفة. الغاز المتدفق من رفيق له كتلة أقل من كتلة شمسنا إلى "فتات" مثل النجم النيوتروني لا يمكن أن يسقط على الفور بسبب أن زخمه الزاوي كبير جدًا، لذلك فإنه يخلق ما يسمى بقرص التراكم حوله من الشمس. "مسروقة" مسألة. يؤدي الاحتكاك أثناء التفافه حول النجم النيوتروني والضغط في مجال الجاذبية إلى تسخين الغاز إلى ملايين الدرجات، ويبدأ في إصدار الأشعة السينية. آخر ظاهرة مثيرة للاهتمام، المرتبطة بالنجوم النيوترونية التي لها رفيق منخفض الكتلة، انفجارات الأشعة السينية (الانفجارات). وعادة ما تستمر من عدة ثوان إلى عدة دقائق وفي الحد الأقصى تعطي النجم لمعانًا أكبر بحوالي 100 ألف مرة من لمعان الشمس.

وتفسر هذه التوهجات بحقيقة أنه عندما ينتقل الهيدروجين والهيليوم إلى النجم النيوتروني من النجم المرافق، فإنهما يشكلان طبقة كثيفة. تدريجيًا تصبح هذه الطبقة كثيفة وساخنة جدًا بحيث يبدأ التفاعل الاندماج النووي الحراريويتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة. من حيث القوة، فإن هذا يعادل انفجار الترسانة النووية بأكملها لأبناء الأرض في كل مكان سنتيمتر مربعسطح نجم نيوتروني لمدة دقيقة. تتم ملاحظة صورة مختلفة تمامًا إذا كان للنجم النيوتروني رفيق ضخم. ويفقد النجم العملاق المادة على شكل رياح نجمية (تيار من الغاز المتأين ينبعث من سطحه)، وتلتقط الجاذبية الهائلة للنجم النيوتروني بعضا من هذه المادة. ولكن هنا يأتي المجال المغناطيسي من تلقاء نفسه، مما يتسبب في تدفق المادة المتساقطة خطوط الكهرباءإلى الأقطاب المغناطيسية.

وهذا يعني أن إشعاع الأشعة السينية يتولد بشكل أساسي في النقاط الساخنة عند القطبين، وإذا كان المحور المغناطيسي ومحور دوران النجم غير متطابقين، فإن سطوع النجم يتبين أنه متغير - وهو أيضًا نجم نابض ولكن فقط الأشعة السينية. النجوم النيوترونية في النجوم النابضة بالأشعة السينية لها نجوم عملاقة ساطعة كرفاق. في الانفجارات، يكون رفاق النجوم النيوترونية نجومًا خافتة ومنخفضة الكتلة. لا يتجاوز عمر العمالقة الساطعة عشرات الملايين من السنين، في حين أن عمر النجوم القزمة الخافتة يمكن أن يصل إلى مليارات السنين، لأن الأول ينفق طاقته بشكل أسرع بكثير. الوقود النوويمن الأخير. ويترتب على ذلك أن الانفجارات عبارة عن أنظمة قديمة يضعف فيها المجال المغناطيسي بمرور الوقت، وتكون النجوم النابضة صغيرة نسبيًا، وبالتالي تكون المجالات المغناطيسية فيها أقوى. ربما كانت الانفجارات تنبض في وقت ما في الماضي، لكن النجوم النابضة لم تنفجر بعد في المستقبل.

النجوم النابضة ذات الفترات الأقصر (أقل من 30 مللي ثانية) - ما يسمى بالنجوم النابضة بالمللي ثانية - ترتبط أيضًا بالأنظمة الثنائية. على الرغم من دورانهم السريع، إلا أنهم ليسوا الأصغر سنا، كما هو متوقع، ولكن الأكبر سنا.

تنشأ من أنظمة ثنائية حيث يبدأ نجم نيوتروني قديم يدور ببطء في امتصاص المادة من رفيقه القديم أيضًا (عادةً عملاق أحمر). عندما تسقط المادة على سطح النجم النيوتروني، فإنها تنقل طاقة دورانية إليه، مما يؤدي إلى دورانه بشكل أسرع فأسرع. يحدث هذا حتى يصبح رفيق النجم النيوتروني، الذي تحرر تقريبًا من الكتلة الزائدة، قزمًا أبيض، ويعود النجم النابض إلى الحياة ويبدأ في الدوران بسرعة مئات الثورات في الثانية. ومع ذلك، اكتشف علماء الفلك مؤخرًا نظامًا غير عادي للغاية، حيث لا يكون رفيق النجم النابض بالميلي ثانية قزمًا أبيض، بل نجمًا أحمرًا عملاقًا منتفخًا. ويعتقد العلماء أنهم يرصدون هذا النظام الثنائي في مرحلة "تحرير" النجم الأحمر من الوزن الزائد وتحوله إلى قزم أبيض. إذا كانت هذه الفرضية غير صحيحة، فمن الممكن أن يكون النجم المرافق عبارة عن نجم عنقودي كروي عادي تم التقاطه عن طريق الخطأ بواسطة نجم نابض. تقريبًا جميع النجوم النيوترونية المعروفة حاليًا توجد إما في ثنائيات الأشعة السينية أو كنجوم نابضة منفردة.

ومؤخرًا لاحظ هابل في الضوء المرئي نجمًا نيوترونيًا، وهو ليس أحد مكوناته نظام مزدوجولا ينبض في نطاق الأشعة السينية والراديو. هذا يعطي فرصة فريدةتحديد حجمها بدقة وإجراء تعديلات على الأفكار حول تكوين وبنية هذه الفئة الغريبة من النجوم المحترقة المضغوطة بالجاذبية. تم اكتشاف هذا النجم لأول مرة كمصدر للأشعة السينية وينبعث في هذا النطاق ليس لأنه يجمع غاز الهيدروجين أثناء تحركه عبر الفضاء، ولكن لأنه لا يزال شابًا. وقد تكون بقايا أحد نجوم النظام الثنائي. ونتيجة لانفجار سوبر نوفا، انهار هذا النظام الثنائي و الجيران السابقينبدأت رحلة مستقلة عبر الكون.

طفل نجم آكل
فكما تسقط الحجارة على الأرض كذلك نجم كبير، بإطلاق كتلته قطعة قطعة، ينتقل تدريجيًا إلى جار صغير وبعيد، له مجال جاذبية ضخم بالقرب من سطحه. إذا لم تكن النجوم تدور حول مركز ثقل مشترك، فيمكن أن يتدفق تدفق الغاز ببساطة، مثل تيار من الماء من القدح، إلى نجم نيوتروني صغير. لكن بما أن النجوم تدور في رقصة مستديرة، فإن المادة المتساقطة، قبل أن تصل إلى السطح، لا بد أن تفقد معظمزخمها الزاوي. وهنا فإن الاحتكاك المتبادل بين الجزيئات التي تتحرك في مسارات مختلفة وتفاعل البلازما المتأينة التي تشكل القرص المتنامي مع المجال المغناطيسي للنجم النابض يساعد على انتهاء عملية سقوط المادة بنجاح بالارتطام بسطح النجم النيوتروني في منطقة أقطابها المغناطيسية.

حل اللغز 4U2127
لقد خدع هذا النجم علماء الفلك لأكثر من 10 سنوات، حيث أظهر تقلبًا بطيئًا غريبًا في معلماته ويشتعل بشكل مختلف في كل مرة. فقط أحدث الأبحاث مرصد الفضاءيسمح "شاندرا" بحلها السلوك الغامضهذا الكائن. اتضح أن هذين لم يكونا نجمًا نيوترونيًا واحدًا، بل نجمين نيوترونيين. علاوة على ذلك، كلاهما لهما رفاق: نجم واحد يشبه شمسنا، والآخر مثل جار أزرق صغير. من الناحية المكانية، يتم فصل هذه الأزواج من النجوم بمسافة كبيرة إلى حد ما وتعيش حياة مستقلة. ولكن على المجال النجمييتم إسقاطهما على نفس النقطة تقريبًا، ولهذا السبب تم اعتبارهما كائنًا واحدًا لفترة طويلة. تقع هذه النجوم الأربعة في كتلة كروية M15 على مسافة 34 ألف سنة ضوئية.

سؤال مفتوح

وفي المجمل، اكتشف علماء الفلك حوالي 1200 نجم نيوتروني حتى الآن. من بينها أكثر من 1000 نجم نابض راديوي، والباقي مجرد مصادر للأشعة السينية. على مر السنين من البحث، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن النجوم النيوترونية هي أصول حقيقية. بعضها مشرق للغاية وهادئ، والبعض الآخر يشتعل بشكل دوري ويتغير مع الزلازل النجمية، والبعض الآخر موجود في الأنظمة الثنائية. وتعد هذه النجوم من أكثر الأجسام الفلكية غموضا ومراوغة، إذ تجمع بين أقوى مجالات الجاذبية والمغناطيسية والكثافات والطاقات الشديدة. وكل اكتشاف جديد من حياتهم المضطربة يمنح العلماء معلومات فريدة ضرورية لفهم طبيعة المادة وتطور الكون.

المعيار العالمي
أرسل شيئًا للخارج النظام الشمسيمن الصعب جدًا، لذلك، جنبًا إلى جنب مع سفن الفضاء Pioneer-10 و-11 المتجهة إلى هناك قبل 30 عامًا، أرسل أبناء الأرض أيضًا رسائل إلى إخوانهم في الاعتبار. إن رسم شيء يمكن فهمه للعقل خارج كوكب الأرض ليس بالمهمة السهلة، علاوة على ذلك، كان من الضروري أيضًا الإشارة إلى عنوان المرسل وتاريخ إرسال الرسالة... من الصعب مدى وضوح قدرة الفنانين على القيام بكل هذا؛ لكي يفهمها الإنسان، لكن فكرة استخدام النجوم النابضة الراديوية للإشارة إلى مكان ووقت إرسال الرسالة هي فكرة رائعة. تشير الأشعة المتقطعة ذات الأطوال المختلفة المنبعثة من نقطة ترمز إلى الشمس إلى الاتجاه والمسافة إلى النجوم النابضة الأقرب إلى الأرض، كما أن تقطع الخط ليس أكثر من تسمية ثنائية لفترة دورانها. يشير أطول شعاع إلى مركز مجرتنا درب التبانة. تردد الإشارة الراديوية المنبعثة من ذرة الهيدروجين عندما يتغير الاتجاه النسبي للدوران (اتجاه الدوران) للبروتون والإلكترون كوحدة زمنية في الرسالة.

التردد الشهير 21 سم أو 1420 ميجا هرتز يجب أن يكون معروفًا لجميع الكائنات الذكية في الكون. باستخدام هذه المعالم، التي تشير إلى "منارات الراديو" للكون، سيكون من الممكن العثور على أبناء الأرض حتى بعد عدة ملايين من السنين، ومن خلال مقارنة التردد المسجل للنجوم النابضة بالتردد الحالي، سيكون من الممكن تقدير متى تكون هذه النجوم النابضة بارك الرجل والمرأة الرحلة الأولى مركبة فضائيةالذي ترك النظام الشمسي.

نيكولاي أندريف

هذا هو النجم الذي يبقى بعد انفجار كارثي النجم العملاق.

نجم نيوتروني

النجم المتوسط ​​مثل الشمس أكبر بمليون مرة من كوكب مثل الأرض. يبلغ قطر النجوم العملاقة 10 وأحيانًا 1000 مرة أكبر من قطر الشمس. هو نجم عملاق مضغوط بحجم مدينة كبيرة.

هذا الظرف يجعل سلوك النجم النيوتروني غريبًا جدًا. كل نجم من هذا النوع يساوي كتلة نجم عملاق، لكن هذه الكتلة مضغوطة إلى حجم صغير للغاية. ملعقة صغيرة من مادة النجم النيوتروني تزن مليار طن.

وإليك كيف يحدث ذلك. بعد أن ينفجر النجم، يتم ضغط بقاياه بواسطة القوة قوى الجاذبية. ويطلق العلماء على هذه العملية اسم انهيار النجم. ومع تقدم الانهيار، تزداد قوة الجاذبية، وتضغط ذرات مادة النجم أكثر فأكثر على بعضها البعض. في في حالة جيدةتقع الذرات على مسافة كبيرة من بعضها البعض لأن السحب الإلكترونية للذرات تتنافر. ولكن بعد انفجار نجم عملاق، يتم ضغط الذرات وضغطها بإحكام شديد بحيث يتم ضغط الإلكترونات حرفيًا داخل نوى الذرات.

تتكون نواة الذرة من البروتونات والنيوترونات. تتفاعل الإلكترونات المحصورة في النواة مع البروتونات لإنتاج النيوترونات. مع مرور الوقت، تصبح كل مادة النجم كرة عملاقة من النيوترونات المضغوطة. ولادة نجم نيوتروني.

>

يمكن رؤية نجم نابض (وردي) في وسط مجرة ​​M82.

يستكشف النجوم النابضة والنجوم النيوترونيةالكون: الوصف والخصائص بالصور والفيديو، البنية، الدوران، الكثافة، التركيب، الكتلة، درجة الحرارة، البحث.

النجوم النابضة

النجوم النابضةهي أجسام كروية مدمجة لا تتجاوز أبعادها الحدود مدينة كبيرة. والشيء المثير للدهشة هو أنها بهذا الحجم تتجاوز كتلة الشمس من حيث الكتلة. يتم استخدامها لدراسة الحالات القصوى للمادة، واكتشاف الكواكب خارج نظامنا، وقياس المسافات الكونية. بالإضافة إلى ذلك، فقد ساعدوا في العثور على موجات الجاذبية التي تشير إلى أحداث حيوية، مثل الاصطدامات الفائقة الكتلة. تم اكتشافه لأول مرة عام 1967.

ما هو النجم النابض؟

إذا بحثت عن نجم نابض في السماء، فإنه يبدو وكأنه نجم متلألئ عادي يتبع إيقاعًا معينًا. في الواقع، نورها لا يومض ولا ينبض، ولا تظهر كالنجوم.

ينتج النجم النابض شعاعين ضيقين ومستمرين من الضوء عند اتجاهات متعاكسة. يتم إنشاء تأثير الخفقان لأنها تدور (مبدأ المنارة). في هذه اللحظة، يضرب الشعاع الأرض ثم يستدير مرة أخرى. لماذا يحدث هذا؟ والحقيقة هي أن شعاع ضوء النجم النابض عادة لا يتماشى مع محور دورانه.

إذا كان الوميض ناتجًا عن الدوران، فإن سرعة النبضات تعكس السرعة التي يدور بها النجم النابض. تم العثور على إجمالي 2000 نجم نابض، معظمها يدور مرة واحدة في الثانية. ولكن هناك ما يقرب من 200 جسم قادر على القيام بمائة دورة في نفس الوقت. تسمى أسرعها بالمللي ثانية، لأن عدد دوراتها في الثانية يساوي 700.

لا يمكن اعتبار النجوم النابضة نجومًا، على الأقل "حية". بل هي نجوم نيوترونية، تتشكل بعد نفاد وقود نجم ضخم وانهياره. نتيجة لذلك، يتم إنشاء انفجار قوي - سوبر نوفا، وتتحول المواد الكثيفة المتبقية إلى نجم نيوتروني.

يصل قطر النجوم النابضة في الكون إلى 20-24 كم، وكتلتها ضعف كتلة الشمس. لإعطائك فكرة، قطعة من هذا الجسم بحجم مكعب السكر سوف تزن مليار طن. وهذا يعني أن شيئًا ثقيلًا مثل جبل إيفرست يناسب يدك! صحيح أن هناك جسمًا أكثر كثافة - الثقب الأسود. الأكثر ضخامة تصل إلى 2.04 كتلة شمسية.

تتمتع النجوم النابضة بمجال مغناطيسي قوي، أقوى بما يتراوح بين 100 مليون إلى 1 كوادريليون مرة من المجال المغناطيسي للأرض. لكي يبدأ النجم النيوتروني في إصدار الضوء مثل النجم النابض، يجب أن يكون لديه النسبة الصحيحة من قوة المجال المغناطيسي وسرعة الدوران. يحدث أن شعاع موجات الراديو قد لا يمر عبر مجال رؤية التلسكوب الأرضي ويظل غير مرئي.

النجوم النابضة الراديوية

عالم الفيزياء الفلكية أنطون بيريوكوف يتحدث عن فيزياء النجوم النيوترونية وإبطاء دورانها واكتشاف موجات الجاذبية:

لماذا تدور النجوم النابضة؟

يبلغ بطء النجم النابض دورة واحدة في الثانية. أسرعها تتسارع إلى مئات الثورات في الثانية وتسمى ميلي ثانية. وتحدث عملية الدوران لأن النجوم التي تشكلت منها تدور أيضًا. ولكن للوصول إلى هذه السرعة، تحتاج إلى مصدر إضافي.

يعتقد الباحثون أن النجوم النابضة بالميلي ثانية تشكلت عن طريق سرقة الطاقة من أحد الجيران. قد تلاحظ وجود مادة غريبة تزيد من سرعة الدوران. وهذا ليس بالأمر الجيد بالنسبة للرفيق المصاب، والذي يمكن أن يستهلكه النجم النابض بالكامل في يوم من الأيام. تسمى هذه الأنظمة بالأرامل السوداء (على اسم نوع خطير من العناكب).

النجوم النابضة قادرة على إصدار الضوء بعدة أطوال موجية (من الراديو إلى أشعة جاما). ولكن كيف يفعلون ذلك؟ لا يستطيع العلماء العثور على إجابة دقيقة بعد. ويعتقد أن هناك آلية منفصلة مسؤولة عن كل طول موجي. تتكون الحزم التي تشبه المنارة من موجات الراديو. فهي مشرقة وضيقة ومتشابهة ضوء متماسكحيث تشكل الجزيئات شعاعًا مركَّزًا.

كلما كان الدوران أسرع، كان المجال المغناطيسي أضعف. لكن سرعة الدوران كافية لإصدار أشعة ساطعة مثل الأشعة البطيئة.

أثناء الدوران، يخلق المجال المغناطيسي مجالًا كهربائيًا، والذي يمكنه جلب الجزيئات المشحونة إلى حالة متحركة ( التيار الكهربائي). المنطقة الواقعة فوق السطح والتي يهيمن عليها المجال المغناطيسي تسمى الغلاف المغناطيسي. هنا، يتم تسريع الجسيمات المشحونة إلى سرعات عالية بشكل لا يصدق بسبب القوة المجال الكهربائي. في كل مرة تتسارع، ينبعث منها الضوء. يتم عرضه في النطاقات البصرية والأشعة السينية.

ماذا عن أشعة جاما؟ تشير الأبحاث إلى أنه ينبغي البحث عن مصدرها في مكان آخر بالقرب من النجم النابض. وسوف يشبهون المروحة.

البحث عن النجوم النابضة

تظل التلسكوبات الراديوية هي الطريقة الرئيسية للبحث عن النجوم النابضة في الفضاء. فهي صغيرة وباهتة مقارنة بالأجسام الأخرى، لذلك عليك مسح السماء بأكملها وتدريجيًا تسقط هذه الأجسام داخل العدسة. تم العثور على معظمها باستخدام مرصد باركس في أستراليا. ستتوفر الكثير من البيانات الجديدة من هوائي مصفوفة الكيلومتر المربع (SKA) بدءًا من عام 2018.

وفي عام 2008، تم إطلاق تلسكوب GLAST الذي اكتشف 2050 نجمًا نابضًا ينبعث منها أشعة جاما، منها 93 ملي ثانية. يعد هذا التلسكوب مفيدًا بشكل لا يصدق لأنه يقوم بمسح السماء بأكملها، بينما يقوم البعض الآخر بتسليط الضوء على مناطق صغيرة فقط على طول المستوى.

قد يكون العثور على أطوال موجية مختلفة أمرًا صعبًا. والحقيقة هي أن موجات الراديو قوية بشكل لا يصدق، لكنها ببساطة قد لا تقع في عدسة التلسكوب. لكن إشعاع جاما ينتشر عبر مساحة أكبر من السماء، ولكنه أقل سطوعًا.

يعرف العلماء الآن وجود 2300 نجم نابض، يتم العثور عليها من خلال موجات الراديو و160 من خلال أشعة جاما. هناك أيضًا 240 ميلي ثانية من النجوم النابضة، 60 منها تنتج أشعة جاما.

باستخدام النجوم النابضة

النجوم النابضة ليست مذهلة فحسب الأجسام الفضائية، ولكن أيضًا أدوات مفيدة. يمكن للضوء المنبعث أن يخبرنا الكثير عن العمليات الداخلية. أي أن الباحثين قادرون على فهم فيزياء النجوم النيوترونية. الضغط في هذه الأجسام مرتفع جدًا بحيث يختلف سلوك المادة عن المعتاد. ويطلق على المحتوى الغريب للنجوم النيوترونية اسم "المعجون النووي".

تجلب النجوم النابضة العديد من الفوائد بسبب دقة نبضاتها. العلماء يعرفون كائنات محددةوتصورهم على أنهم ساعة كونية. هكذا بدأت تظهر التكهنات حول وجود كواكب أخرى. في الواقع، أول كوكب خارجي تم اكتشافه كان يدور حول نجم نابض.

لا تنس أن النجوم النابضة تستمر في الحركة بينما "تومض"، مما يعني أنه يمكن استخدامها لقياس المسافات الكونية. كما شاركوا في اختبار نظرية النسبية لأينشتاين، مثل اللحظات مع الجاذبية. لكن انتظام النبض يمكن أن يتعطل بسبب موجات الجاذبية. وقد لوحظ هذا في فبراير 2016.

مقابر النجم النابض

تدريجيًا، تتباطأ جميع النجوم النابضة. يتم تشغيل الإشعاع بواسطة المجال المغناطيسي الناتج عن الدوران. ونتيجة لذلك، يفقد أيضًا قوته ويتوقف عن إرسال الحزم. لقد رسم العلماء خطًا خاصًا حيث لا يزال من الممكن اكتشاف أشعة جاما أمام موجات الراديو. بمجرد سقوط النجم النابض أدناه، يتم شطبه في مقبرة النجم النابض.

إذا تم تشكيل النجم النابض من بقايا المستعر الأعظم، فإنه يحتوي على احتياطي طاقة ضخم و سرعة سريعةتناوب. تشمل الأمثلة الجسم الصغير PSR B0531+21. ويمكن أن يبقى في هذه المرحلة لعدة مئات الآلاف من السنين، وبعد ذلك سيبدأ في فقدان سرعته. تشكل النجوم النابضة في منتصف العمر غالبية السكان وتنتج موجات الراديو فقط.

ومع ذلك، يمكن للنجم النابض أن يطيل عمره إذا كان هناك قمر صناعي قريب. ثم سوف تسحب مادتها وتزيد من سرعة الدوران. يمكن أن تحدث مثل هذه التغييرات في أي وقت، وهذا هو السبب في أن النجم النابض قادر على الولادة من جديد. يسمى هذا الاتصال بنظام ثنائي للأشعة السينية منخفض الكتلة. أقدم النجوم النابضة هي ميلي ثانية واحدة. يصل عمر بعضها إلى مليارات السنين.

النجوم النيوترونية

النجوم النيوترونية- كافٍ كائنات غامضة، متجاوزة كتلة الشمس بمقدار 1.4 مرة. يولدون بعد انفجار النجوم الأكبر. دعونا نتعرف على هذه التشكيلات بشكل أفضل.

عندما ينفجر نجم أكبر بـ 4-8 مرات من الشمس، فإن ما يتبقى هو نواة كثافة عالية، والذي يستمر في الانهيار. تضغط الجاذبية بقوة على المادة، مما يؤدي إلى اندماج البروتونات والإلكترونات معًا لتكوين نيوترونات. هكذا يولد النجم النيوتروني عالي الكثافة.

يمكن أن يصل قطر هذه الأجسام الضخمة إلى 20 كيلومترًا فقط. لإعطائك فكرة عن الكثافة، فإن مغرفة واحدة فقط من مادة النجم النيوتروني تزن مليار طن. الجاذبية على مثل هذا الجسم أقوى بملياري مرة من جاذبية الأرض، وهذه القوة كافية لعدسة الجاذبية، مما يسمح للعلماء برؤية الجزء الخلفي من النجم.

وتترك الصدمة الناتجة عن الانفجار نبضًا يتسبب في دوران النجم النيوتروني، ليصل إلى عدة دورات في الثانية. على الرغم من أنها يمكن أن تتسارع حتى 43000 مرة في الدقيقة.

الطبقات الحدودية بالقرب من الأجسام المضغوطة

عالم الفيزياء الفلكية فاليري سليمانوف يتحدث عن ظهور الأقراص التراكمية والرياح النجمية والمادة حول النجوم النيوترونية:

المناطق الداخلية من النجوم النيوترونية

عالم الفيزياء الفلكية سيرجي بوبوف يتحدث عن الحالات القصوى للمادة، وتكوين النجوم النيوترونية وطرق دراسة باطنها:

عندما يكون النجم النيوتروني جزءًا من نظام ثنائي حيث انفجر مستعر أعظم، تكون الصورة أكثر إثارة للإعجاب. إذا كان النجم الثاني أقل كتلة من الشمس، فإنه يسحب كتلة النجم المرافق إلى "فص روش". هذه سحابة كروية من المواد تدور حول نجم نيوتروني. إذا كان القمر الصناعي أكبر بعشر مرات من كتلة الشمس، فسيتم ضبط نقل الكتلة أيضًا، ولكنه ليس مستقرًا جدًا. تتدفق المادة على طول الأقطاب المغناطيسية، وتسخن وتنتج نبضات من الأشعة السينية.

بحلول عام 2010، تم العثور على 1800 نجم نابض باستخدام الكشف الراديوي و70 باستخدام أشعة جاما. حتى أن بعض العينات كانت تحتوي على كواكب.

أنواع النجوم النيوترونية

لدى بعض ممثلي النجوم النيوترونية نفاثات من المواد تتدفق بسرعة الضوء تقريبًا. عندما تطير بالقرب منا، فإنها تومض مثل ضوء المنارة. ولهذا السبب، يطلق عليهم النجوم النابضة.