امواج گرانشی ماده عجیب و غریب در ستاره های نوترونی را مطالعه می کنند



رمز و راز در داخل اجساد ستاره های مرده در کمین است. ستارگان نوترونی ، که هنگام مرگ برخی از انواع ستاره ها در اثر انفجارهای ابرنواختر تشکیل می شوند ، متراکم ترین شکل ماده در جهان هستند. سیاهچاله ها تنها چگالی است ، اما کاملاً از مرزهای فیزیک طبیعی که دیگر ماده ای نیستند فرار کرده است. اتمهای موجود در ستاره های نوترونی از نظر جاذبه به قدری تحت فشار قرار می گیرند که تحلیل می روند ، پروتونها و الکترونهای درون آنها با هم مخلوط می شوند و باعث ایجاد نوترون می شوند و اجرامی به اندازه شهرهای کوچک را که دارای جرم های بزرگتر از خورشید هستند ، باقی می گذارند. حدود 95 درصد از جرم ستاره نوترونی نوترون های خالص است ، اما فیزیکدانان از خود می پرسند که در این مرکز که تراکم به اوج می رسد ، چه می گذرد. آیا نوترون ها بیشتر در کوارک ها و گلون های سازنده تجزیه می شوند؟ آیا برخی از کوارک ها از سلیقه معمول “بالا” و “پایین” تغییر می کنند تا “کوارک های عجیب” غریبه و سنگین تر شوند که در مواد معمولی یافت نمی شوند؟ آیا ذرات حالت فوق العاده ای از ماده به نام ابر مایعات تشکیل می دهند که بدون ویسکوزیته پراکنده می شود و هرگز کند نمی شود؟

دانشمندان با مطالعه نور و امواج گرانشی که هنگام برخورد دو ستاره نوترونی با یکدیگر و تبدیل شدن به یک سیاهچاله ، یک قدم به درک عملکرد درونی این اجرام عجیب نزدیک شده اند. امواج گرانشی چین هایی در زمان-فضا هستند که در حرکت توده های بزرگ تراشیده شده اند. دانشمندان تا سال 2015 توانایی تشخیص امواج گرانشی را پیدا نکردند و تاکنون فقط به چند رویداد مربوط به ستاره های نوترونی پی برده اند (بقیه موارد برخورد سیاهچاله ها است). اما مطالعه خصوصیات این امواج – فرکانس آنها و چگونگی تغییر آنها در طول زمان – می تواند چیزهای زیادی درباره دانشمندان ایجاد کند که آنها را ایجاد کرده است. فیزیکدانان به دنبال اندازه گیری دقیق جرم ها و شعاع ستاره های نوترونی هستند که بتواند “معادله حالت” آنها ، رابطه فشار و چگالی در این ستاره ها را باز کند. دانستن معادله حالت ستاره نوترونی ، به نوبه خود ، نشان می دهد که چه نوع ماده ای در آنها پنهان است.

در یک مطالعه جدید ، یک تیم بین المللی از محققان اندازه گیری امواج گرانشی حاصل از دو برخورد ستاره های نوترونی و همچنین سیگنال های نوری را که با یکی از آنها همراه است (دیگری تاریک است) ، با تخمین جرم ها و شعاع ستاره های نوترونی از مشاهدات سریع چرخان ترکیب می کند. ستاره های نوترونی هستند که تپ اختر نامیده می شوند. تیم دیتریش ، عضو تحقیق ، از دانشگاه پوتسدام در آلمان ، که یکی از نویسندگان گزارش گزارشی است که نتایج گزارش امروز را منتشر کرد ، گفت: “مزیت بزرگ این است که این یک تصویر کاملاً سازگار است.” علوم پایه. “ما همه چیزهایی را که در حال حاضر می دانیم ، از جمله امواج گرانشی و امواج الکترومغناطیسی ، اطلاعات حاصل از تک ستاره های نوترونی و محاسبات نظری فیزیک هسته ای را با هم ترکیب می کنیم.” معادله حالت آنها پیش بینی می کند که یک ستاره نوترونی حاوی جرم 1.4 خورشید ، شعاع آن حدود 11.75 کیلومتر ، بعلاوه یا منفی .81 تا 86/0 کیلومتر خواهد بود. این کمی بیش از نیمی از طول منهتن است. دیتریش می گوید: “اندازه یک ستاره نوترونی به طور مستقیم به رفتار ماده درون هسته بستگی دارد ، بنابراین این امر درک بهتری از خصوصیات ماده ستاره نوترونی به ما می دهد.”

به عنوان مثال ، اگر نوترون ها در هسته این ستاره ها دست نخورده باقی بمانند ، آنها لایه های بیرونی را بیرون می کشند و به طور بالقوه منجر به شعاع کمی بزرگتر می شوند. از طرف دیگر ، اگر نوترون ها به سوپ کوارک تبدیل شوند ، هسته نازک تر می شود و کل ستاره کمی فرو می رود و در نتیجه شعاع کمتری ایجاد می شود.

اندازه گیری جدید با مطالعات قبلی که داده های مربوط به امواج گرانشی و روش های دیگر اندازه گیری اندازه یک ستاره نوترونی را بررسی می کند ، مطابقت دارد. مارک آلفورد ، فیزیکدان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس گفت: “این مقاله یک تجزیه و تحلیل مجدد خوب مشترک در تحقیقات قبلی است و تصویری کلی را که طی چند سال گذشته وجود داشته است مبنی بر اینکه شعاع یک ستاره نوترونی حدود 11 تا 13 کیلومتر است تغییر نمی دهد.” آنا واتس ، فیزیکدان فیزیک از دانشگاه آمستردام ، می گوید این نوع تجزیه و تحلیل ترکیبی “بدیهی است راه پیشرفت” است ، اما هیچ یک از اندازه گیری ها “هنوز به اندازه کافی خوب نیستند تا ماهیت ماده متراکم را به خوبی ثابت کنند”. این میدان باید منتظر داده های آینده باشد تا واقعاً درک کند که در ستاره های نوترونی چه اتفاقی می افتد.

جیمز لاتیمر ، فیزیکدان از دانشگاه استونی بروک ، که در این مطالعه دخیل نبود ، گفت: “من فکر می کنم این تحلیل بسیار خوبی است. وی هشدار داد که در مدل سازی متناسب بودن معادلات مختلف حالت با داده ها ، تیم ممکن است به اشتباه معادلات زیادی را که باعث تولید ستاره های نوترونی با شعاع های بزرگ می شوند حذف کند. “من فکر می کنم آنها ناامنی خود را دست کم گرفتند. اما به تعبیری مسئله نظر است و اینکه چقدر به روشهای مختلف آماری ایمان دارید. “

علاوه بر فاش کردن اسرار ستاره های نوترونی ، این مطالعه ثابت هابل را نیز اندازه گیری می کند که سرعت انبساط جهان را منعکس می کند. برای استخراج ثابت ، دانشمندان از دامنه امواج گرانشی ناشی از یکی از برخوردها برای تخمین میزان وقوع فاجعه استفاده کردند. سپس آنها اندازه گیری فاصله خود را با سرعت شناخته شده کهکشان میزبان برخورد مقایسه کردند ، که با دیدن انتقال قرمز کهکشان اندازه گیری شد – چه مقدار نور به انتهای قرمز طیف می لغزد. ثابت هابل که آنها دریافتند ، 66.2 کیلومتر در ثانیه در هر مگاپارسک ، برای تصمیم گیری در مورد اندازه گیری های رقابتی که از قبل وجود داشته ، دقیق نیست ، اما نکته دیگری را به این سوال داغ که سرعت فضا رشد می کند اضافه می کند.

دانشمندان امیدوارند بتوانند از همان نوع تجزیه و تحلیل در مورد برخورد بعدی ستاره های نوترونی که ظاهر می شوند ، استفاده کنند. یکی از اعضای تیم سارا آنتیر از دانشگاه پاریس ، ستاره شناسی که به دنبال سیگنال های نوری برای همراهی با حوادث موج گرانشی است ، گفت: “ما این اولین قدم را برداشتیم و اکنون حرکت خواهیم کرد.” هنگامی که ردیاب های موج گرانش سیگنال جدیدی را تشخیص می دهند ، “وظیفه من اتصال رصدخانه های مختلف برای ایجاد شبکه ای برای مشاهدات فوری” است.

فیزیکدانان زمان خود را پیشنهاد می دهند تا نسل بعدی آشکارسازهای موج گرانشی ، مانند کاوشگر فضایی ایالات متحده و تلسکوپ انیشتین در اروپا ، در دهه 2030 آنلاین شود. این ماشین ها باید بسیار حساس تر باشند ، به آنها امکان می دهد سیگنال های بیشتری را از رویدادهای بیشتر بگیرند و دقت داده بیشتری را ارائه دهند. پروژه های آینده مانند مأموریت هماهنگ سازی اشعه ایکس و قطب سنجی (eXTP) و رصدخانه اشعه ایکس آتنا نیز نیاز به اندازه گیری دقیق تر تپش قلب دارند.

دانشمندان در مدت زمان کوتاهی از زمان داده های مربوط به امواج گرانشی چیزهای زیادی آموخته اند ، آینده نوید می دهد که دانش ما را در مورد مواد شدید تحت فشار شدید گسترش دهد. لاتیمر می گوید: “چهار سال گذشته چشمگیر بوده است.” “این نشان دهنده پتانسیلی است که در آینده خواهیم داشت. ما باید اندازه گیری های بیشتری نسبت به رویدادهای موج گرانشی داشته باشیم و با افزودن هر رویداد جدید ، نتایج همگرا خواهند شد. “


منبع: khabar-nab.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*