یک کارآموز تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده یک ستاره نوترونی “افراطی” را کشف می کند که به سرعت در حال چرخش است
به گزارش مجله نجم
آماریس مک کارور، کارآموز سنجش از دور در آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی ایالات متحده (NRL) و تیمی از ستاره شناسان یک ستاره نوترونی به سرعت در حال چرخش را کشف کرده اند که پرتوهای تابشی را در سراسر جهان مانند یک فانوس دریایی کیهانی پرتاب می کند.
ستاره نوترونی به سرعت در حال چرخش یا «تپ اختر» درون خوشه ستاره ای متراکم Glimpse-CO1 قرار دارد که در صفحه کهکشانی کهکشان راه شیری در فاصله 10.7 سال نوری از زمین قرار دارد. این تپ اختر که صدها بار در ثانیه می چرخد، اولین نمونه از نوع خود است که در خوشه ستاره ای Glimpse-CO1 یافت می شود. آرایه تلسکوپ بسیار بزرگ (VLA) تپ اختر به نام GLIMPSE-C01A را در 27 فوریه 2021 مشاهده کرد، اما تا زمانی که مک کارور و همکارانش آن را در تابستان 2023 یافتند، در حجم عظیمی از داده ها مدفون ماند.
نه تنها شرایط شدید این ستاره‌های نوترونی آنها را به آزمایشگاه‌های ایده‌آلی برای مطالعه فیزیک در شرایطی تبدیل می‌کند که در هیچ کجای جهان یافت نمی‌شوند، بلکه زمان‌بندی بسیار دقیق آنها همچنین به این معنی است که خوشه‌های تپ‌اختر می‌توانند به عنوان ساعت‌های کیهانی مورد استفاده قرار گیرند. این گروه ها به قدری دقیق هستند که قادرند انقباضات و فشردگی های بسیار کوچکی را که در طی گذر امواج در فضا و زمان رخ می دهد که به آن امواج گرانشی می گویند، اندازه گیری کنند. یکی از کاربردهای عملی بالقوه این سیستم، ایجاد یک “سیستم موقعیت یابی آسمانی” است که می تواند در ناوبری فضایی استفاده شود.
مک کارور و تیمش این شی را در حین بررسی تصاویر گرفته شده توسط آزمایش یونوسفر و گذرا در مقیاس پایین VLA (VLITE) برای جستجوی تپ اخترهای جدید در 97 خوشه ستاره ای پیدا کردند.
مربوط: تلسکوپ پرتو ایکس از تپ اخترهای عنکبوتی در حال بلعیدن ستارگان مانند بیوه های سیاه کیهانی عکس می گیرد (تصویر)
مک کارور، یکی از 16 کارآموز در شاخه رادیو، مادون قرمز و حسگرهای نوری در مرکز ملی تحقیقات بیومکانیک، در بیانیه‌ای گفت: «در اوایل کارم، دیدن موفقیت یک پروژه رویایی تا این حد هیجان‌انگیز بود.
ستاره های مرده کیهان
مانند تمام ستارگان نوترونی، تپ اخترهای میلی ثانیه ای زمانی متولد می شوند که ستارگانی با جرم بیش از هشت برابر خورشید به پایان عمر خود می رسند. هنگامی که منبع سوخت برای همجوشی هسته ای تمام شد، انرژی خارجی حمایت کننده از این ستارگان در برابر رانش به داخل ناشی از گرانش خود متوقف می شود.
این باعث می‌شود که هسته‌های این ستارگان فرو بریزند و امواج ضربه‌ای را در لایه‌های بیرونی ستارگان ایجاد کنند و در نتیجه آنها بیشتر جرم خود را در انفجارهای عظیم ابرنواختری از دست بدهند.
هسته فشرده شده ستاره، الکترون ها و پروتون ها را با هم خرد می کند و دریایی از نوترون ها را ایجاد می کند، ذرات خنثی که معمولاً در هسته های اتمی در کنار پروتون های دارای بار مثبت به دام افتاده اند. این سوپ غنی از نوترون به قدری متراکم است که اگر یک قاشق غذاخوری از آن را به زمین بیاورند، بیش از یک میلیارد تن وزن خواهد داشت. این از بزرگترین کوه سیاره ما، کوه اورست، سنگین تر است (از قضا، این تپ اختر در زیر کوهی از داده ها پیدا شد).
ایجاد یک ستاره نوترونی با جرم خورشید در عرض حدود 12 مایل (20 کیلومتر) پیامدهای شدید دیگری نیز دارد. به لطف حفظ تکانه زاویه ای، کاهش سریع شعاع هسته ستاره مرده چرخش آن را تسریع می کند. این معادل کیهانی است که یک اسکیت‌باز روی یخ بازوهای خود را می‌کشد تا سرعت چرخش خود را افزایش دهد، اما در سطحی کاملاً متفاوت که به برخی از ستاره‌های نوترونی اجازه می‌دهد به سرعت چرخش تا 700 دور در ثانیه برسند.
تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای همچنین می‌توانند با جدا کردن ماده از یک ستاره همراه در نزدیکی – مانند یک خون آشام کیهانی – سرعت خود را افزایش دهند. این ماده حرکت زاویه ای را نیز به همراه دارد.
تولد یک ستاره نوترونی همچنین خطوط میدان مغناطیسی را به هم نزدیک‌تر می‌کند و برخی از قوی‌ترین میدان‌های مغناطیسی در جهان را ایجاد می‌کند.
خطوط میدانی این ذرات باردار را به قطب های تپ اخترهایی که به سرعت در حال چرخش هستند، منتقل می کنند و از آنجا به صورت جت بیرون می آیند. این جت ها با پرتوهایی از تشعشعات الکترومغناطیسی همراه هستند که می توانند به طور دوره ای به زمین اشاره کنند و در چرخش تپ اختر حرکت کنند. این مسئول چگونگی روشن شدن دوره ای تپ اختر است. نام “تپ اختر” در واقع به این واقعیت اشاره دارد که هنگامی که آنها برای اولین بار توسط جوسلین بل برنل در 28 نوامبر 1967 کشف شدند، دانشمندان بر این باور بودند که این ستارگان مرده شدید در واقع تپ اختر هستند.
پس از یافتن GLIMPSE-C01A در مقادیر زیادی از داده‌های VLA، تیم با پردازش مجدد داده‌های بررسی آسمان بایگانی از تلسکوپ رابرت سی بیرد گرین بانک وجود آن را تأیید کرد.
این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه مترهای روشنایی رادیویی در فرکانس‌های مختلف می‌توانند برای یافتن کارآمد تپ‌اخترهای جدید استفاده شوند، و اینکه بررسی‌های آسمان در ارتباط با داده‌های کوه VLITE در دسترس هستند به این معنی که این اندازه‌گیری‌ها اساساً همیشه در دسترس هستند. “این دریچه ای را به روی عصر جدیدی از جستجو برای تپ اخترهای بسیار پراکنده و بسیار پرشتاب باز می کند.”
امیل پولیسینسکی، همچنین ستاره شناس بخش سنجش از دور آزمایشگاه ملی تحقیقاتی، در این بیانیه افزود: «تپ اخترهای میلی ثانیه ای روشی امیدوارکننده برای هدایت خودکار فضاپیماها از مدار پایین زمین به فضای بین ستاره ای، بدون توجه به تماس با زمین و در دسترس بودن یک سیستم، ارائه می کنند. “تأیید کشف یک تپ اختر میلی ثانیه ای جدید توسط آماریس، پتانسیل هیجان انگیز این کشف را با استفاده از داده های آزمایشگاه ملی تحقیقات VLITE و نقش کلیدی کارآموزان در تحقیقات پیشرفته را برجسته می کند.”
تحقیقات این تیم در مقاله ای که در 27 ژوئن در مجله Astrophysical منتشر شد، به تفصیل شرح داده شد.
