هذه النجوم النيوترونية الضخمة موجودة لأقل من طرفة عين: ScienceAlert

لا يمكن إنجاز الكثير في بضع مئات من الألف من الثانية. ومع ذلك ، بالنسبة للنجوم النيوترونية التي شوهدت في وميض انفجارين من أشعة غاما ، فهذا أكثر من وقت كافٍ لتعليمنا شيئًا أو شيئين عن الحياة والموت وولادة الثقوب السوداء.

من خلال غربلة أرشيف الومضات عالية الطاقة في سماء الليل ، اكتشف علماء الفلك مؤخرًا أنماطًا في تذبذبات الضوء التي خلفتها مجموعتان مختلفتان من النجوم المتصادمة ، مما يشير إلى وقفة في رحلتهم من جسم فائق الكثافة إلى حفرة لا نهائية من الظلام.

هذا التوقف المؤقت – في مكان ما بين 10 و 300 مللي ثانية – يعادل تقنيًا نجمين نيوترونيين حديثي التكوين وكبار الحجم ، يعتقد الباحثون أنهما يدوران بسرعة كافية لإيقاف مصائرهما الحتمية لفترة وجيزة مثل الثقوب السوداء.

“نحن نعلم أن GRBs القصيرة تتشكل عندما تصطدم نجوم نيوترونية تدور معًا ، ونعلم أنها في النهاية تنهار إلى ثقب أسود، لكن التسلسل الدقيق للأحداث غير مفهوم جيدًا ، ” يقول كول ميلر ، عالم الفلك بجامعة ماريلاند ، كوليدج بارك (UMCP) في الولايات المتحدة.

“وجدنا أنماط أشعة غاما هذه في دفعتين لاحظهما كومبتون في أوائل التسعينيات.”

منذ ما يقرب من 30 عامًا ، كان مرصد كومبتون لأشعة جاما حلقت حول الأرض وجمعت لمعان الأشعة السينية وأشعة جاما التي انسكبت من أحداث كارثية بعيدة. يحتوي هذا الأرشيف من الفوتونات عالية الطاقة مجموعة من البيانات حول أشياء مثل تصادم النجوم النيوترونية ، والتي تطلق نبضات إشعاعية قوية تُعرف باسم انفجارات أشعة جاما.

النجوم النيوترونية هي وحوش الكون الحقيقية. إنها تحزم ضعف كتلة شمسنا داخل مساحة من الفضاء بحجم مدينة صغيرة تقريبًا. ليس هذا فقط يفعل أشياء غريبة تهمبإجبار الإلكترونات على تكوين بروتونات لتحويلها إلى غبار كثيف للنيوترونات ، يمكن أن تولد مجالات مغناطيسية على عكس أي شيء آخر في الكون.

يمكن لهذه الحقول ، المغزولة في الدوران العالي ، أن تسرع الجسيمات إلى سرعات عالية يبعث على السخرية ، وتشكل قطبيًا النفاثات التي يبدو أنها “تنبض” مثل المنارات فائقة الشحن.

تتشكل النجوم النيوترونية عندما تحترق المزيد من النجوم العادية (حوالي 8 إلى 30 ضعف كتلة شمسنا) آخر وقودها ، تاركة لبًا من حوالي 1.1 إلى 2.3 كتلة شمسية ، بارد جدًا لمقاومة ضغط جاذبيتها.

أضف كتلة أكثر بقليل – مثل حشر نجمين نيوترونيين معًا – ولا يمكن حتى للاهتزاز الباهت لحقول الكم الخاصة به أن يقاوم رغبة الجاذبية في سحق الفيزياء الحية من النجم الميت. من كتلة كثيفة من الجسيمات نحصل عليها ، حسنًا ، مهما كان الرعب الذي لا يوصف هو أن هذا هو قلب الثقب الأسود.

النظرية الأساسية للعملية واضحة جدًا ، وضع حدود عامة حول مدى ثقل أ النجم النيوتروني يمكن أن يكون قبل أن ينهار. بالنسبة لكرات المادة الباردة غير الدوارة ، فإن هذا الحد الأعلى أقل بقليل من ثلاث كتل شمسية ، ولكن هذا يشير أيضًا إلى تعقيدات قد تجعل الرحلة من النجم النيوتروني إلى الثقب الأسود أقل وضوحًا.

علي سبيل المثال، في وقت سابق من العام الماضي أعلن الفيزيائيون عن رصد انفجار لأشعة غاما يُدعى GRB 180618A ، تم اكتشافه في عام 2018. في الوهج اللاحق للانفجار ، اكتشفوا توقيع نجم نيوتروني مشحون مغناطيسيًا يسمى a مغناطيسي، واحدة بكتلة قريبة من كتلة النجمين المتصادمين.

بالكاد بعد يوم واحد ، لم يعد هذا النجم النيوتروني ذو الوزن الثقيل أكثر من ذلك ، ولا شك أنه استسلم لكتلته غير العادية ويتحول إلى شيء لا يمكن حتى للضوء الهروب منه.

كيف تمكنت من مقاومة الجاذبية طالما فعلت ذلك هو لغز ، على الرغم من أن مجالاتها المغناطيسية ربما لعبت دورًا.

يمكن أن يوفر هذان الاكتشافان الجديدان أيضًا بعض الأدلة.

المصطلح الأكثر دقة للنمط الذي لوحظ في رشقات أشعة جاما التي سجلها كومبتون في أوائل التسعينيات هو a تذبذب شبه دوري. يمكن فك شفرة مزيج الترددات التي ترتفع وتنخفض في الإشارة لوصف اللحظات الأخيرة للأجسام الضخمة وهي تدور حول بعضها البعض ثم تتصادم.

بناءً على ما يمكن للباحثين قوله ، أنتجت كل تصادمات جسمًا أكبر بحوالي 20 بالمائة من الوزن الثقيل صاحب الرقم القياسي الحالي نجم نيوتروني – أ النجم النابض محسوبة بمقدار 2.14 ضعف كتلة شمسنا. كانت أيضًا ضعف قطر نجم نيوتروني نموذجي.

ومن المثير للاهتمام أن الأجسام كانت تدور بوتيرة غير عادية تقارب 78000 مرة في الدقيقة ، أي أسرع بكثير من سرعة نجم نابض يحمل الرقم القياسي J1748-2446ad، الذي يدير 707 دورة في الثانية فقط.

كان من الممكن أن تكون الدورات القليلة التي تمكن كل نجم نيوتروني من تحقيقها في حياته القصيرة البالغة جزء من الثانية مدعومة بزخم زاوي كافٍ لمقاومة انفجارها الجاذبي الداخلي.

كيف يمكن تطبيق هذا على عمليات اندماج النجوم النيوترونية الأخرى ، مما يزيد من ضبابية حدود الانهيار النجمي وتوليد الثقوب السوداء ، هو سؤال للبحث في المستقبل.

تم نشر هذا البحث في طبيعة سجية.