ستارههای نوترونی و تپاخترها
یک ستاره نوترونی جرمی بیش از خورشید را در کرهای به اندازه یک شهر جای میدهد که توسط واگالیدگی نوترونی و نیروهای هستهای پشتیبانی میشود؛ هنگامی که میچرخد و پرتو ساطع میکند، ما آن را به عنوان یک تپاختر میبینیم.
Definition
ستاره نوترونی یک بقایای ستارهای فشرده است که چند برابر چگالتر از هسته اتمی است و عمدتاً توسط فشار واگالیدگی نوترونی و نیروهای هستهای پشتیبانی میشود، و تپاختر یک ستاره نوترونی با چرخش سریع و میدان مغناطیسی قوی است که به صورت پالسهای تابش مشاهده میشود.
Scope
این موضوع شامل شکلگیری ستارههای نوترونی در ابرنواخترهای فروپاشی هسته، ساختار داخلی آنها و معادله حالت ماده چگال که کمتر شناخته شده است، حداکثر جرم ستاره نوترونی، تپاخترهای با نیروی چرخش و استفاده از آنها به عنوان ساعتهای دقیق، و میدانهای مغناطیسی شدید مگنتارها میشود.
Core questions
- ستارههای نوترونی چگونه شکل میگیرند و چه چیزی آنها را پشتیبانی میکند؟
- ماده درون یک ستاره نوترونی چگونه است؟
- چرا تپاخترها پالسهای منظم ساطع میکنند؟
- حداکثر جرمی که یک ستاره نوترونی میتواند داشته باشد چقدر است؟
Key concepts
- واگالیدگی نوترونی
- معادله حالت
- تپاختر
- دوقطبی مغناطیسی
- کاهش چرخش
- مگنتار
- گلیچ
Key theories
- واگالیدگی نوترونی و معادله حالت ماده چگال
- ستارههای نوترونی توسط فشار واگالیدگی نوترونی که توسط نیروی هستهای دافعه سخت شده است، پشتیبانی میشوند؛ ساختار آنها از معادله حالت ماده فراتر از چگالی هستهای پیروی میکند، که رابطه بین جرم و شعاع و حداکثر جرم را تعیین میکند.
- مدل دوقطبی مغناطیسی چرخان تپاخترها
- تپاختر یک ستاره نوترونی با چرخش سریع است که میدان مغناطیسی قوی و نامنظم آن پرتوهای تابش را در امتداد قطبهایش هدایت میکند؛ با چرخش ستاره، پرتو از کنار زمین عبور میکند و پالسهای ساعتمانند مشاهدهشده را تولید میکند، در حالی که ترمز مغناطیسی به تدریج چرخش را کند میکند.
Mechanisms
هنگامی که هسته آهنی یک ستاره پرجرم فرو میریزد، الکترونها با پروتونها ترکیب میشوند و نوترونها را تشکیل میدهند و هسته به یک ستاره نوترونی با قطر تقریباً بیست کیلومتر بازمیگردد. بقای تکانه زاویهای و شار مغناطیسی باعث میشود که با سرعت زیاد و با یک میدان مغناطیسی عظیم بچرخد؛ ذرات باردار شتابگرفته در امتداد خطوط میدان، تابشهای متمرکز تولید میکنند که به صورت پالس دیده میشوند، در حالی که گشتاورهای مغناطیسی به آرامی انرژی چرخشی آن را تخلیه میکنند.
Clinical relevance
ستارههای نوترونی آزمایشگاههای طبیعی برای ماده در چگالیهای فوقهستهای و برای گرانش میدان قوی هستند؛ تپاخترهای میلیثانیهای با ساعتهای اتمی رقابت میکنند و برای آزمایش نسبیت عام و جستجوی امواج گرانشی استفاده میشوند، و ادغام ستارههای نوترونی عناصر سنگین و سیگنالهای امواج گرانشی قابل تشخیص را تولید میکنند.
History
باده و زویکی ستارههای نوترونی را در سال 1934 پیشنهاد کردند، اوپنهایمر و وُلکوف آنها را در سال 1939 مدلسازی کردند، و جوسلین بل برنل اولین تپاختر را در سال 1967 کشف کرد؛ پاچینی و گلد به زودی تپاخترها را به عنوان ستارههای نوترونی مغناطیسی چرخان شناسایی کردند، تصویری که توسط تپاختر در بقایای ابرنواختر خرچنگ تأیید شد.
Debates
- معادله حالت ستاره نوترونی و حداکثر جرم
- رفتار ماده در چگالیهای بالاتر از هستهای، و در نتیجه حداکثر جرم ستاره نوترونی و وجود احتمالی فازهای عجیب و غریب مانند ماده کوارکی، نامشخص باقی مانده است؛ اندازهگیریهای جرم و شعاع و مشاهدات امواج گرانشی به طور پیوسته امکانات را محدود میکنند.
Key figures
- Jocelyn Bell Burnell
- Antony Hewish
- Fritz Zwicky
- Franco Pacini
Related topics
Seminal works
- hewish1968
- shapiro1983
Frequently asked questions
- چگونه چیزی به این کوچکی میتواند اینقدر سنگین باشد؟
- در یک ستاره نوترونی، گرانش ماده را تا چگالیهای قابل مقایسه یا فراتر از هسته اتمی فشرده کرده است، بنابراین یک قاشق چایخوری از این ماده میلیاردها تن وزن خواهد داشت؛ این امکان را میدهد که بیش از یک جرم خورشیدی در شعاعی حدود ده کیلومتر جای گیرد.
- چرا تپاخترها اینقدر منظم پالس میدهند؟
- یک تپاختر تابش را در پرتوهای باریک از قطبهای مغناطیسی خود ساطع میکند، و از آنجا که ستاره نوترونی به سرعت و به طور پیوسته میچرخد، هر بار که یک پرتو از کنار زمین عبور میکند، ما یک پالس را ثبت میکنیم، که تپاخترها را به یکی از دقیقترین ساعتهای طبیعی شناخته شده تبدیل میکند.