ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها

ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها بخش اول

ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها بخش دوم

ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها بخش سوم

توجيه خصوصيات و رفتارهاي عجيب و دوگانه سياه چاله‌ها و ستارگان نوتروني

بخش اول

يادآوري: منظور ما از جرم نوتروني در اين مبحث ، يك سياه چاله و يا يك ستاره نوتروني ميباشد .

1- تاثيرات دوران(سرعت زاويه‌اي) بر شكل هندسي(حجمي) يك جرم نوتروني:

شكل هندسي واقعي يك جرم نوتروني ، بسته به سرعت دوران ( سرعت زاويه‌اي ) از يك كره تا يك تورس ( Torus ) متغير است ، يعني اشكال زير !
 

علت اختيار شكل تورس براي بعضي از اجرام نوتروني اين است كه سرعت دوران بعضي از آنها آنقدر زياد است كه نيروي گريز از مركز باعث پخ و تو خالي شدن آنها ميشود ، سرعت دوران بعضي از آنها چند هزار دور در ثانيه تخمين زده ميشود و سرعت حركت بعضي از ستارگان نوتروني 4000 كيلومتر در ثانيه اندازه گيري شده است . اجرام نوتروني ميتوانند در مشخصات فيزيكي بسيار متنوع و گوناگون باشند

يك ستاره نوتروني در هر ثانيه بيش از 1120 بار دور خود مي‌چرخد.

به گزارش سايت اينترنتي "space.com"، اين ستاره نوتروني در حقيقت بقاياي سوخته ستاره عظيمي است كه هم اكنون به چگالي بسيار زيادي دست يافته كه اين ميزان چگالي پيش از اين تنها در سياه چاله‌ها مشاهده شده است .

به گفته ستاره شناسان ، چگالي اين ستاره نوتروني به اندازه‌اي زياد است كه براي درك آن بايد بتوانيم تمامي جرم ستاره خورشيد را در منطقه‌اي به ابعاد يك شهر جاي بدهيم . ماده در اين ستاره به اندازه‌اي فشرده شده است كه تنها جرمي برابر با يك بند انگشت از اين ستاره ، در كره زمين صدها بيليون تن وزن خواهد داشت .

ستاره شناسان عقيده دارند دليل چرخش دوراني سريع اين ستاره ، تمركز شديد تمامي انرژي حركتي آن است . در اين ستاره نوتروني كه خود بازمانده يك ستاره عظيم است، هر از چند گاهي انفجارهاي حرارتي - هسته‌اي بزرگي رخ مي‌دهد و پرتوهاي اشعه ايكس از آن منتشر مي‌شوند . هم اكنون ستاره شناسان آژانس فضايي اروپا با استفاده از ماهواره‌ي "اينتگرال" اين سازمان با مشاهده همين انفجارها موفق به اندازه گيري سرعت چرخش اين ستاره ، به نام XTE J1739-285 شده‌اند .

ستاره مذكور هم اكنون با سرعت 1120 چرخش در هر ثانيه ، دور محور خود مي‌گردد . بيشترين ركورد ثبت شده براي چرخش وضعي ستاره‌ها پيش از اين به ستاره نوتروني ديگري تعلق داشت كه در هر ثانيه 760 بار دور خود مي‌چرخيد .

به گفته "اريك كولكرز" دانشمند آژانس فضايي اروپا ، سرعت چرخش اين ستاره بيشتر از ميزاني است كه ما در گذشته تصور مي‌كرديم كه ممكن است براي يك ستاره اتفاق بيافتد و به همين علت بايد مشاهدات بيشتري براي تاييد سرعت چرخش ستاره مذكور انجام شود .

دانشمندان عقيده دارند ، سرعت چرخش ستاره‌ها داراي يك حد بالاي نهايي است كه چنانچه سرعت چرخش يك ستاره از آن بالاتر رود ، ستاره از هم مي‌پاشد .

با اين وجود از آنجا كه ساختار ستاره‌هاي نوتروني هنوز دقيقا مشخص نيست ، دانشمندان نيز نمي‌توانند حد بالاي سرعت چرخش دوراني اين ستاره‌ها را تعيين كنند . به غير از ستاره‌هاي نوتروني ، برخي سياه چاله‌ها نيز از جمله اجرام آسماني عظيم با سرعت چرخش وضعي بالا هستند . سال ميلادي گذشته ستاره شناسان موفق به كشف سياه چاله‌اي شدند كه با سرعت 950 دور در ثانيه حول خود مي‌چرخد . براي مقايسه ، ستاره خورشيد در منظومه شمسي با سرعتي بسيار كمتر و در هر 36 روز تنها يك بار حول محور خود مي‌چرخد . "

با توجه به اين چنين سرعتهاي دوراني بالايي براي يك جرم نوتروني ، مي‌توان با در نظر گرفتن نيروي گريز از مركز وارده بر پيكره آن و مقاومت بسيار زياد شبكه نوتروني ، براي سرعتهاي بيشتر از 1000 دور در ثانيه شكل زير را تصور نمود:

2- بار الكتريكي يك جرم نوتروني

مقادير زيادي از الكترونها قبل از انفجار يك ستاره در سطح آن تجمع كرده و با انفجار ستاره همراه با پوسته آن به بيرون پرتاب ميشوند . در اين وضعيت توازن مابين تعداد الكترونها و پروتونها در ستاره به هم خورده و تعداد پروتونها بيشتر از تعداد الكترونها ميشود كه به دنبال آن نوترون كمتري توليد ميشود و مقدار بسيار زيادي از پروتونها همراه نوترونها تشكيل يك جرم متحد را ميدهند و همانطور كه ميدانيم در هسته عناصر به اندازه عدد اتمي عنصر ، پروتون وجود دارد و الكترون مازادي در ستارگان وجود ندارد كه آنها را تبديل به نوترون كند ، بديهي است كه اين پروتونها به علت داشتن دافعه الكتريكي نسبت به يكديگر ، در سطح بيروني جرم نوتروني تجمع خواهند كرد كه بار الكتريكي مثبت جرم نوتروني را فوق‌العاده زياد خواهند نمود .  

به هر حال مي‌توان سه لايه كلي براي جرم نوتروني در نظر گرفت:

1- هسته مركزي، متشكل از نوترون‌هاي خالص

2- لايه مياني، مخلوطي از نوترونها و پروتونها

3- لايه خارجي، پروتون خالص ، به شكل زير توجه نماييد

پوسته قرمز رنگ بيانگر تجمع پروتونهاي خالص در سطح خارجي يك جرم نوتروني دوار است كه جهت درك موضوع به مقدار 30 درجه برش خورده است.
 

3 - ميدان الكتريكي، گرانشي و مغناطيسي يك جرم نوتروني دوار(در حال چرخش)
 

در شكل فوق جرم نوتروني از بالا و در حال چرخش موافق عقربه‌هاي ساعت نشان داده ميشود ، مارپيچ يا دواير سبز رنگ بيانگر انحنا يا دوران ميدان گرانشي موافق عقربه‌هاي ساعت است ، براي اينكه به صورت قراردادي امتداد بردارها يا نيروهاي گرانشي را از خارج به طرف مركز ميدان در نظر مي‌گيريم و مارپيچ يا دواير قرمز رنگ ، بيانگر دوران ميدان الكتريكي موافق عقربه‌هاي ساعت است كه با توجه به جهت ميدان الكتريكي مثبت ، جهت اصلي ميدان الكتريكي مخالف جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت خواهد شد . در شكل فوق جهت ميدان گرانشي و ميدان الكتريكي مخالف يكديگر شكل مي‌گيرند .
 

شكل فوق جرم نوتروني قبلي را از پهلو نشان ميدهد ، خطوط آبي رنگ ، بيانگر ميدان مغناطيسي حاصل از دوران ميدان الكتريكي است و اين ميدان مغناطيسي به واسطه وجود ميدان الكتريكي و گرانشي فوق‌العاده قوي و شديد جرم نوتروني ، از كناره‌ها بريده و يا اينكه به شدت خم شده است و بعد از خوابيدن بر ميدان الكتريكي و گرانشي به صورت موازي در آمده است .

شكل فوق نماي پرسپكتيو همان جرم دوار نوتروني را نشان ميدهد ، مارپيچ‌هاي بنفش رنگ كه جهت تاب خوردن آنها هم جهت با دوران ميدان الكتريكي است ، مسير ورود ( سقوط ) ذرات باردار منفي به داخل جرم نوتروني و همچنين خروج ( پرتاب ) ذرات باردار مثبت را نشان ميدهد ، براي اينكه ما به صورت قراردادي امتداد نيروها و يا بردارهاي ميدان الكتريكي مثبت را از داخل به خارج ميدان در نظر مي‌گيريم . براي واضح بودن رسم ، فقط يك سطح از سه ميدان گرانشي ، الكتريكي و مغناطيسي رسم شده است و ميتوانيم شكل فوق را در تمامي ابعاد توسعه دهيم . در حقيقت چنين به نظر ميرسد كه يك جرم نوتروني باردار دوار براي ذرات باردار همانند يك شتاب دهنده فوق‌العاده قوي نجومي عمل ميكند و يك ابر جت مكش و پرتاب ذرات باردار در فضاست ،
 

ولي يك جرم نوتروني براي نوترونها صرفا جذب كننده به نظر ميرسد ، و علت آن اين است كه قدرت ميدان الكتريكي و مغناطيسي يك جرم نوتروني باردار به مراتب بيشتر از قدرت ميدان گرانشي آن است و در اين حالت بخصوص ، گرانش جرم نوتروني نمي‌تواند آنچنان بر ذرات باردار تاثير گذار باشد ، بلكه در نهايت اين ميدان الكترومغناطيسي جرم نوتروني است كه ميتواند براي ذرات باردار تاثير گذار باشد . يك جرم نوتروني دوار ، همچون شتاب دهنده مغناطيسي ( مداري يا چرخشي ) به ذرات باردار انرژي و شتاب مي‌دهد ، پديده‌اي است كه مشاهده شده و آن را پارادوكس ( تناقض ) بزرگ اجرام نوتروني مي‌شناسند و علت آن اين است كه ، زماني كه نور توان فرار از گرانش جرم نوتروني را ندارد چگونه ذرات باردار توان فرار از ميدان گرانش را خواهند داشت ؟ كه با توجه به توضيحات فوق ، مسئله‌اي كاملا ساده و طبيعي به نظر رسيده و نمي‌تواند تناقضي با ساختار فيزيكي يك جرم نوتروني باردار داشته باشد . گازهايي كه وارد ميدان گرانشي ميشوند بعد از به چرخش در آمدن به دور جرم نوتروني ، به مرور زمان واكنش هسته‌اي انجام داده و بعد از توليد و انتشار امواج الكترومغناطيسي كه بيشتر به صورت اشعه ايكس است به طرف مركز حركت و بعد از تبديل شدن به نوترون ، همراه پروتونها جذب جرم نوتروني شده كه در اين حالت مقداري از پروتونها با سرعتي نزديك به سرعت نور به خارج پرتاب ميشوند ، آنهم به صورت مارپيچي و دوراني .
 

4 - سرعت حركت اجرام نوتروني

ساختار فيزيكي كه يك جرم نوتروني دارد ميتواند به آن شتاب و سرعت فوق‌العاده‌اي بدهد، يعني چيزي نزديك به 4000 كيلومتر در ثانيه و حتي بيشتر از آن.

5- شناسايي اجرام نوتروني

بخاطر خاصيت جذب نور ، تشخيص اجرام نوتروني بسيار مشكل است و مهمترين راهي كه به كيهان شناسان امكان شناسايي آنها را مي‌دهد ، مشاهده ديسك تجمعي است . نكته زيبا اينجاست كه گازها و مواد قسمتهاي داخلي ديسك ، سريعتر از گاز نواحي دور دست مي چرخند و در واقع سرعت قسمتهاي مختلف ديسك متفاوت است . لذا گازها تحت اصطكاك ، مالش و يونيزه شدن و برخورد شديد با يكديگر در ميادين گرانشي و الكتريكي ، بسيار داغ شده و از خود انواع مختلفي از تشعشعات حامل انرژي را ساطع ميكنند و يك منبع نيرومند پرتو x را تشكيل مي‌دهند كه توسط تلسكوپهاي امواج x قابل رويت مي‌باشد . علاوه بر امواج ایکس از طريق وجود لنزهاي گرانشي ، و ستاره‌اي در حال چرخش به دور يك شي غير قابل رويت نيز مي توان به وجود اجرام نوتروني در يك منطقه از فضا پي‌برد . به طور كلي اجرام نوتروني در دو نوع چرخان و تقريبا غير چرخان وجود دارند و بعضي از آنها كه به سياه چاله‌هاي كهكشاني موسومند در داخل يك مركز ( هسته ) كهكشان تشكيل مي‌شوند . شواهدي از وجود اين اجرام در قلب كهكشانها در دست است.

لازم به توضيح است ، همانطور كه قبلا در مورد دوران ميادين گفته شد با دوران يك جرم نوتروني ، ميدان گرانشي آن نيز دوران كرده و به صورت منحني دايره‌اي شكل در مي‌آيد كه ستاره مجاور ( همدم ) آن مجبور است بدون اينكه جذب مركز گرانش شود به دور جرم نوتروني به چرخش درآيد و باريكه‌اي از گاز ستاره به صورت مارپيچ به طرف جرم نوتروني سقوط كند كه مطالعه ساختار اجرام نوتروني ميتواند پديده دوران ميادين را مشخص و معلوم كند.

ديسك تجمعي در پيرامون يك جرم نوتروني دوار ، منطقه‌اي بسيار شگفت انگيز ميباشد ، براي اينكه اتم‌هاي يونيزه شده از يك طرف تحت تاثير نيروي جاذبه گرانشي قرار مي‌گيرند و از طرف ديگر نيروي دافعه الكتريكي بر آنها اعمال ميشود كه سر انجام نهايي فرآيند ، حرارتهاي خيلي بالا به علت اصطكاكي است كه ميتوان اسم اين پديده را اصطكاك گرانشي الكترومغناطيسي ناميد كه ميتواند از شدت ميدان الكتريكي ذرات باردار كاسته و آنها را جذب هسته سياه‌چاله نمايد.

6 - پالسار يا پولسار چيست ؟
پالسار نوعي ستاره نوتروني است با اين تفاوت كه داراي اسپين و چرخش است . اينها در حوضه پرتوي ايكس اشعه ساطع مي‌كنند كه به صورت مخروطي سو سو زنان مشاهده مي‌شوند اين چرخش‌ها باعث مي‌شود كه ميدان مغناطيسي آن نيز به موازات آن داراي اسپين باشد . موضوع جالب ديگر در زمينه اين ستاره‌هاي نوتروني حركت سريع آنها در فضا است .

7 - معماي تابش اجرام نوتروني
اخترشناسان به رفتار عجيب و بيگانه اجرام نوتروني عادت كرده‌اند ، اما آنان در روياي‌شان نيز كشف اخير در مورد اينگونه از ستارگان را پيش بيني نمي‌كردند . در مقاله‌اي در مجله طبيعت (Nature) ، يك گروه بين‌المللي از محققان اعلام كرده‌اند كه اين باقيمانده‌هاي ستاره‌اي ، گاهي امواج راديويي بسيار قوي تابش مي‌كنند . اين تابش‌ها تنها كسري از ثانيه طول مي‌كشند . اين نوع تابش از قوي‌ترين منابع امواج راديويي در آسمان محسوب مي‌شود ، حتي قوي‌تر از خورشيد

منبع:محمدرضا طباطبايي

ki2100.com/physics/black-hole.htm
articles.ir

نقل از انجمن علمی پردیس کوروش کبیر

ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها بخش اول

ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها بخش دوم

ستارگان نوتروني و سیاه چاله ها بخش سوم