کشف جزییات جدید از انفجار ستارگان نوترونی

هنگامی که ستارگان نوترونی با هم برخورد می کنند، انفجاری حاصل میشود که برخلاف آنچه تا همین اواخر تصور می شد، به شکل یک کره کامل است.

به گزارش تکناک، اگرچه چگونگی امکان این امر هنوز یک راز است، این کشف ممکن است کلید جدیدی برای فیزیک بنیادی و اندازه‌گیری سن کیهان باشد.

این کشف توسط اخترفیزیکدانان دانشگاه کپنهاگ انجام شد و به تازگی در مجله Nature منتشر شده است.

کیلونوا (Kilonovae) انفجارهای غول پیکری هستند که هنگام چرخش دو ستاره نوترونی به دور یکدیگر و در نهایت برخورد رخ می دهد.

گران نو اختر مسئول ایجاد چیزهای بزرگ و کوچک در جهان هستند، از سیاهچاله ها گرفته تا اتم های انگشتر طلا در انگشت شما و ید در بدن ما. آنها شدیدترین شرایط فیزیکی را در جهان ایجاد می کنند و در این شرایط شدید است که جهان سنگین ترین عناصر جدول تناوبی مانند طلا، پلاتین و اورانیوم را ایجاد می کند.

اما هنوز چیزهای زیادی در مورد این پدیده خشونت آمیز نمی دانیم. زمانی که در سال 2017 یک کیلونوا در فاصله 140 میلیون سال نوری از ما کشف شد، اولین بار بود که دانشمندان توانستند داده های دقیقی را جمع آوری کنند. دانشمندان در سراسر جهان هنوز در حال تفسیر داده های این انفجار عظیم هستند، از جمله آلبرت اسنپن و داراک واتسون از دانشگاه کپنهاگ که به کشف شگفت انگیزی دست یافتند.

آلبرت اسنپن دانشجوی دکترا در مؤسسه نیلز بور و نویسنده مسئول این مطالعه که در مجله نیچر منتشر شده است، می‌گوید: شما دو ستاره فوق فشرده دارید که قبل از سقوط ۱۰۰ بار در ثانیه به دور یکدیگر می چرخند. بینش ما و همه مدل‌های قبلی می‌گوید که ابر انفجاری که در اثر برخورد ایجاد می‌شود باید شکلی صاف و نسبتاً نامتقارن داشته باشد.

به همین دلیل است که او و همکارانش با شگفتی متوجه می‌شوند که این موضوع برای کیلونووای 2017 اصلاً صدق نمی‌کند. این کیلونووا کاملاً متقارن است و شکلی نزدیک به یک کره کامل دارد.

هیچ کس انتظار نداشت که انفجار به این شکل باشد.کروی بودن آن مثل یک توپ معنی ندارد. اما محاسبات ما به وضوح نشان می دهد که چنین است. داراچ واتسون، دانشیار موسسه نیلز بور و نویسنده دوم این مطالعه می‌گوید: این احتمالاً بدان معناست که نظریه‌ها و شبیه‌سازی‌های کیلونووا که در 25 سال گذشته در نظر گرفته‌ایم، فاقد فیزیک مهم هستند.

شکل کروی یک راز است

اما اینکه کیلونوا چگونه می تواند کروی باشد یک راز واقعی است. به گفته محققان، باید فیزیک غیرمنتظره ای در این اتفاق وجود داشته باشد.

محتمل ترین راه برای کروی شدن انفجار این است که مقدار زیادی انرژی از مرکز انفجار خارج شود و شکل ایجاد شده را صاف کند که در غیر این صورت نامتقارن بود. بنابراین شکل کروی به ما می گوید که احتمالاً انرژی زیادی در هسته برخورد وجود دارد که پیش بینی نشده بود.

هنگامی که ستارگان نوترونی با هم برخورد می کنند، سریعا به صورت یک ستاره نوترونی پرجرم منفرد با هم ترکیب می شوند، سپس به یک سیاهچاله فرو می ریزد. محققان حدس می زنند که آیا در این فروپاشی است که بخش بزرگی از راز پنهان شده است؟

شاید نوعی «بمب مغناطیسی» در لحظه‌ای ایجاد شود که ستاره عظیم نوترونی پر جرم به درون یک سیاه چاله فرو می ریزد و انرژی مغناطیسی عظیم خلق می شود. انرژی حاصل از میدان مغناطیسی عظیم ستاره نوترونی پرجرم با فروپاشی ستاره به یک سیاه‌چاله آزاد می‌شود. انتشار انرژی مغناطیسی می تواند باعث شود که ماده در انفجار به صورت کروی تر توزیع شود. داراچ واتسون می‌گوید در این صورت، تولد سیاه‌چاله ممکن است بسیار پرانرژی باشد.

با این حال، این نظریه جنبه دیگری از کشف محققان را توضیح نمی دهد. طبق مدل‌های قبلی، تمام عناصر تولید شده در کیلونوا از آهن سنگین‌تر هستند. عناصر بسیار سنگین مانند طلا یا اورانیوم باید در مکان‌های متفاوتی در کیلونووا نسبت به عناصر سبک‌تر مانند استرانسیوم یا کریپتون ایجاد و در جهات مختلف دفع شوند. از سوی دیگر، محققان فقط عناصر سبک‌تر را شناسایی می‌کنند و به طور مساوی در فضا توزیع می‌شوند.

بنابراین، آنها بر این باورند که ذرات بنیادی مرموز و نوترینوها، که هنوز اطلاعات زیادی در مورد آنها وجود ندارد، نیز نقش کلیدی در این پدیده دارند.

یک ایده جایگزین این است که در میلی ثانیه‌ای که ستاره نوترونی پرجرم زندگی می‌کند، انرژی بسیار قدرتمندی را ساطع می‌کند که احتمالاً شامل تعداد زیادی نوترینو می‌شود. نوترینوها می توانند باعث شوند که نوترون ها به پروتون و الکترون تبدیل شوند و در نتیجه عناصر سبک تری به طور کلی ایجاد کنند. آلبرت اسنپن می‌گوید: این ایده دارای کاستی‌هایی است، اما ما معتقدیم که نوترینوها نقش مهم‌تری از آنچه فکر می‌کردیم بازی می‌کنند.

یک حاکم کیهانی جدید

شکل انفجار ستارگان نوترونی نیز به دلیلی کاملاً متفاوت جالب است:در میان اخترفیزیکدانان بحث زیادی در مورد سرعت انبساط کیهان وجود دارد. سرعت، در میان چیزهای دیگر، به ما می گوید که کیهان چند ساله است و دو روشی که برای اندازه گیری آن وجود دارد حدود یک میلیارد سال با هم اختلاف نظر دارند. آلبرت اسنپن می‌گوید: در اینجا ممکن است روش سومی داشته باشیم که می‌تواند مکمل و در مقابل سایر اندازه‌گیری‌ها آزمایش شود.

روشی است که امروزه برای اندازه گیری سرعت رشد کیهان استفاده می شود به اصطلاح “نردبان فاصله کیهانی” نامیده می شود. این کار به سادگی با محاسبه فاصله بین اجرام مختلف در جهان انجام می شود که به عنوان پله های نردبان عمل می کنند.

داراک واتسون می‌گوید: اگر آن‌ها درخشان و عمدتاً کروی هستند، و اگر بدانیم چقدر دور هستند، می‌توانیم از کیلونوواها به‌عنوان روشی جدید برای اندازه‌گیری فاصله به‌طور مستقل استفاده کنیم به عنوان نوع جدیدی از خط‌کش کیهانی.

دانستن اینکه شکل چگونه است، در اینجا بسیار مهم است، زیرا اگر جسمی دارید که کروی نیست، بسته به زاویه دید شما، به طور متفاوتی انرژی ساطع می کند. یک انفجار کروی دقت بسیار بیشتری را در اندازه گیری ارائه می دهد.

او تاکید می کند که این نیاز به داده های بیشتری از کیلونوا دارد. آنها انتظار دارند که رصدخانه های LIGO در سال های آینده تعداد بیشتری از کیلونوواها را شناسایی کنند.