النجوم النيوترونية والنجوم النابضة
يحتوي النجم النيوتروني على كتلة تفوق كتلة الشمس في كرة بحجم مدينة، ويدعمها انحطاط النيوترونات والقوى النووية؛ وعندما يدور ويطلق إشعاعًا، نراه كنجم نابض.
Definition
النجم النيوتروني هو بقايا نجمية مضغوطة أكثر كثافة ببضع مرات من النواة الذرية، ويدعمها بشكل رئيسي ضغط انحطاط النيوترونات والقوى النووية، والنجم النابض هو نجم نيوتروني يدور بسرعة ومُمغنط بقوة ويُلاحظ على شكل نبضات من الإشعاع.
Scope
يغطي الموضوع تكوّن النجوم النيوترونية في المستعرات العظمى ذات الانهيار اللبي، وبنيتها الداخلية ومعادلة حالة المادة الكثيفة غير المعروفة جيدًا، والكتلة القصوى للنجم النيوتروني، والنجوم النابضة المدعومة بالدوران واستخدامها كساعات دقيقة، والمجالات المغناطيسية الشديدة للمغناطيسات النجمية.
Core questions
- كيف تتكون النجوم النيوترونية وما الذي يدعمها؟
- ما هي طبيعة المادة داخل النجم النيوتروني؟
- لماذا تصدر النجوم النابضة نبضات منتظمة؟
- ما هي الكتلة القصوى التي يمكن أن يمتلكها النجم النيوتروني؟
Key concepts
- انحطاط النيوترونات
- معادلة الحالة
- نجم نابض
- ثنائي القطب المغناطيسي
- تباطؤ الدوران
- نجم مغناطيسي
- خلل
Key theories
- انحطاط النيوترونات ومعادلة حالة المادة الكثيفة
- تُدعم النجوم النيوترونية بضغط انحطاط النيوترونات الذي تزيد صلابته القوة النووية التنافرية؛ وتتبع بنيتها من معادلة حالة المادة التي تتجاوز الكثافة النووية، والتي تحدد العلاقة بين الكتلة ونصف القطر والكتلة القصوى.
- نموذج ثنائي القطب المغناطيسي الدوار للنجوم النابضة
- النجم النابض هو نجم نيوتروني يدور بسرعة، يقوم مجاله المغناطيسي القوي وغير المتوازن بتوجيه حزم من الإشعاع على طول قطبيه؛ ومع دوران النجم، يمر الشعاع عبر الأرض، مما ينتج النبضات الشبيهة بالساعة المرصودة بينما يؤدي الكبح المغناطيسي إلى إبطاء الدوران تدريجيًا.
Mechanisms
عندما ينهار اللب الحديدي لنجم ضخم، تتحد الإلكترونات مع البروتونات لتشكيل النيوترونات ويرتد اللب ليصبح نجمًا نيوترونيًا يبلغ قطره حوالي عشرين كيلومترًا. يؤدي حفظ الزخم الزاوي والتدفق المغناطيسي إلى دورانه بسرعة مع مجال مغناطيسي هائل؛ وتنتج الجسيمات المشحونة المتسارعة على طول خطوط المجال إشعاعًا موجهًا يُرى على شكل نبضات، بينما تستنزف العزوم المغناطيسية طاقته الدورانية ببطء.
Clinical relevance
تُعد النجوم النيوترونية مختبرات طبيعية للمادة عند كثافات فوق نووية وللجاذبية ذات المجال القوي؛ وتنافس النجوم النابضة ذات المللي ثانية الساعات الذرية وتُستخدم لاختبار النسبية العامة والبحث عن موجات الجاذبية، وتنتج اندماجات النجوم النيوترونية عناصر ثقيلة وإشارات موجات جاذبية قابلة للكشف.
History
اقترح بااده وزويكي النجوم النيوترونية في عام 1934، وقام أوبنهايمر وفولكوف بنمذجتها في عام 1939، واكتشفت جوسلين بيل بورنيل أول نجم نابض في عام 1967؛ وسرعان ما حدد باسيني وجولد النجوم النابضة على أنها نجوم نيوترونية مغناطيسية دوارة، وهي صورة أكدها النجم النابض في بقايا مستعر السرطان الأعظم.
Debates
- معادلة حالة النجم النيوتروني والكتلة القصوى
- لا يزال سلوك المادة فوق الكثافة النووية، وبالتالي الكتلة القصوى للنجم النيوتروني والوجود المحتمل لأطوار غريبة مثل مادة الكوارك، غير مؤكد؛ وتعمل قياسات الكتلة ونصف القطر وملاحظات موجات الجاذبية على تضييق نطاق الاحتمالات باستمرار.
Key figures
- Jocelyn Bell Burnell
- Antony Hewish
- Fritz Zwicky
- Franco Pacini
Related topics
Seminal works
- hewish1968
- shapiro1983
Frequently asked questions
- كيف يمكن لشيء صغير جدًا أن يكون ثقيلًا جدًا؟
- في النجم النيوتروني، سحقت الجاذبية المادة إلى كثافات مماثلة أو تتجاوز كثافة النواة الذرية، لذا فإن ملعقة صغيرة من هذه المادة ستزن مليارات الأطنان؛ وهذا يسمح لكتلة شمسية أو أكثر بالاندماج ضمن نصف قطر يبلغ حوالي عشرة كيلومترات فقط.
- لماذا تنبض النجوم النابضة بانتظام؟
- يصدر النجم النابض إشعاعًا في حزم ضيقة من أقطابه المغناطيسية، ولأن النجم النيوتروني يدور بسرعة وثبات، في كل مرة يمر فيها شعاع عبر الأرض نسجل نبضة، مما يجعل النجوم النابضة من أدق الساعات الطبيعية المعروفة.