ستارگان نوترونی فوق سنگین از انفجارهای قدرتمند کیهانی آشکار شدند

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، سیسیلیا چیرنتی، محقق دانشگاه مریلند، کالج پارک (UMCP) توضیح داد: «ما این سیگنال‌ها را در ۷۰۰ GRB کوتاه شناسایی شده با رصدخانه سوئیفت نیل گرلز ناسا، تلسکوپ فضایی پرتو گاما فرمی و رصدخانه پرتو گاما کامپتون جستجو کردیم؛ و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت، مریلند، که یافته‌ها را در ۲۴۱ امین نشست انجمن نجوم آمریکا در سیاتل ارائه کردند. ما این الگو‌های پرتو گاما را در دو انفجار مشاهده شده توسط کامپتون در اوایل دهه ۱۹۹۰ یافتیم.

یک ستاره نوترونی زمانی تشکیل می‌شود که هسته یک ستاره پرجرم سوختش تمام می‌شود و فرو می‌ریزد. این یک موج ضربه‌ای تولید می‌کند که بقیه ستاره را در یک انفجار ابرنواختری منفجر می‌کند. ستارگان نوترونی معمولاً جرم بیشتری نسبت به خورشید ما در توپی به اندازه یک شهر جمع می‌کنند، اما بالاتر از یک جرم خاص، باید در سیاهچاله‌ها فرو بریزند.

هم داده‌های کامپتون و هم شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان دادند که ستاره‌های نوترونی بزرگ ۲۰ درصد بیشتر از پرجرم‌ترین ستاره نوترونی اندازه‌گیری‌شده شناخته شده - موسوم به J۰۷۴۰ + ۶۶۲۰ - که تقریباً ۲.۱ برابر جرم خورشید وزن دارد، در ترازو قرار دارند. ستاره‌های نوترونی فوق سنگین نیز تقریباً دو برابر یک ستاره نوترونی معمولی یا تقریباً دو برابر طول جزیره منهتن اندازه دارند.

فضانوردان از رصدخانه پرتو گاما کامپتون در طول استقرار آن از شاتل فضایی آتلانتیس در آوریل ۱۹۹۱ تصویربرداری کردند. منبع: خدمه ناسا/STS-۳۷

ستارگان مگا نوترونی تقریباً ۷۸۰۰۰ بار در دقیقه می‌چرخند - تقریباً دو برابر سرعت J۱۷۴۸–۲۴۴۶ad، سریع‌ترین تپ‌اختر ثبت‌شده. این چرخش سریع به طور مختصر از اجسام در برابر فروپاشی بیشتر حمایت می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد فقط برای چند دهم ثانیه وجود داشته باشند و پس از آن سریعتر از یک چشم به هم زدن سیاهچاله را تشکیل می‌دهند.

کول میلر، استاد نجوم در UMCP و یکی از همکارانش می‌گوید: «ما می‌دانیم که GRB‌های کوتاه زمانی تشکیل می‌شوند که ستارگان نوترونی به دور یکدیگر برخورد می‌کنند، و می‌دانیم که در نهایت به یک سیاه‌چاله فرو می‌روند، اما توالی دقیق رویداد‌ها به خوبی درک نشده است.» -نویسنده مقاله "در نقطه ای، سیاهچاله نوپا با یک جت از ذرات متحرک سریع فوران می‌کند که فلاش شدید پرتو‌های گاما، پرانرژی‌ترین شکل نور، ساطع می‌کند، و ما می‌خواهیم در مورد چگونگی توسعه آن بیشتر بدانیم. "

GRB‌های کوتاه معمولاً برای کمتر از دو ثانیه می‌درخشند، اما انرژی آزاد می‌کنند که قابل مقایسه با آنچه در طول یک سال توسط تمام ستارگان کهکشان ما آزاد شده است. آن‌ها را می‌توان بیش از یک میلیارد سال نوری از ما تشخیص داد. ادغام ستارگان نوترونی همچنین امواج گرانشی تولید می‌کند، موج‌هایی در فضا-زمان که می‌توانند توسط تعداد فزاینده‌ای از رصدخانه‌های زمینی شناسایی شوند.

شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای این ادغام‌ها نشان می‌دهد که امواج گرانشی یک جهش ناگهانی در فرکانس - بیش از ۱۰۰۰ هرتز - با ادغام ستارگان نوترونی نشان می‌دهند. این سیگنال‌ها برای رصدخانه‌های امواج گرانشی موجود بسیار سریع و ضعیف هستند. اما چیرنتی و تیمش استدلال کردند که سیگنال‌های مشابهی می‌توانند در تابش پرتو گاما از GRB‌های کوتاه ظاهر شوند.

ستاره شناسان این سیگنال‌ها را نوسانات شبه دوره‌ای یا به اختصار QPO می‌نامند. برخلاف، مثلاً، زنگ ثابت یک چنگال تنظیم، QPO‌ها می‌توانند از چندین فرکانس نزدیک تشکیل شده باشند که در طول زمان تغییر می‌کنند یا از بین می‌روند. هم پرتو‌های گاما و هم QPO‌های موج گرانشی از گرداب ماده در حال چرخش به هنگام ادغام دو ستاره نوترونی سرچشمه می‌گیرند.

در حالی که هیچ QPO پرتو گاما در انفجار‌های سوئیفت و فرمی محقق نشد، دو GRB کوتاه که توسط Compton's Burst And Transient Source Experiment (BATSE) در ۱۱ ژوئیه ۱۹۹۱ و ۱ نوامبر ۱۹۹۳ ثبت شد، مناسب است.

مساحت بزرگتر ابزار BATSE به آن دست برتر را در یافتن این الگو‌های ضعیف می‌دهد - سوسو زدن گویایی که حضور ستاره‌های نوترونی بزرگ را آشکار می‌کند. تیم احتمال ترکیبی از این سیگنال‌ها را که تنها به‌طور تصادفی رخ می‌دهند، کمتر از ۱ در ۳ میلیون ارزیابی می‌کنند.

کریسا کوولیوتو، رئیس بخش فیزیک دانشگاه جورج واشنگتن در واشنگتن، که در این کار دخالتی نداشت، گفت: این نتایج بسیار مهم هستند، زیرا زمینه را برای اندازه‌گیری‌های آینده ستاره‌های نوترونی پرجرم توسط رصدخانه‌های امواج گرانشی فراهم می‌کنند.

تا دهه ۲۰۳۰، آشکارساز‌های امواج گرانشی به فرکانس‌های کیلوهرتز حساس خواهند بود و بینش جدیدی از عمر کوتاه ستارگان نوترونی بزرگ ارائه می‌دهند. تا آن زمان، مشاهدات حساس پرتو گاما و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری تنها ابزار موجود برای کاوش در آن‌ها باقی مانده‌اند.