کوتوله‌ی سفید، ستاره‌ی نوترونی

نوشته شده توسط:کیوان فیض مرندی | ۰ دیدگاه

سیاهچاله و کرمچاله

ناگهان ستاره‌ای به درخشندگی کهکشان مادرش می‌گردد. اگر این اتفاق رخ دهد، در روشنایی روز نیز با چشم غیرمسلح می‌توان آن را در آسمان مشاهده کرد. ستاره در این حالت دارای درخشندگی‌ای معادل میلیاردها ستاره است. ولی این اتفاق شگفت‌انگیز در حقیقت آغاز مرگ یک ستاره است. انفجاری به نام ابرنواختر پایان زندگی ستارگان بزرگ را رقم می‌زند.

زندگی ستارگان متوسط مانند خورشید ما با هیاهوی کمتری به پایان می‌رسد. لایه‌های بیرونی خورشید در پایان عمر ستاره به تدریج به فضای میان ستاره‌ای فرستاده می‌شوند. آنچه در فضا از یک انفجار ابرنواختری باقی می‌ماند، سحابی بازمانده ابرنواختر و آنچه از مراحل پایانی یک ستاره متوسط مانند خورشید مشاهده می‌شود سحابی سیاره‌نما است. این سحابی‌های زیبا همگی بازمانده‌ی لایه‌های خارجی ستاره‌اند که به فضا فرستاده شده‌اند، ولی به راستی چه بر سر هسته و مرکز ستاره می‌آید؟

سحابی حلقه در صورت فلکی چنگ رومی؛ آینده‌ی ستاره متوسطی مانند خورشید نه به صورت انفجاری بلکه مشابه سحابی بالا به صورت گسیل لایه های خارجی ستاره به صورت سحابی سیاره‌نما در فضاست. جسم پرنور مرکز سحابی - کوتوله سفید- باقی‌مانده‌ی حاصل از رُمبش هسته‌ی ستاره است.

 

 کوتوله‌ی سفید

با پایان یافتن عمر ستاره، هسته‌ی مرکزی دیگر قادر به تولید انرژی نیست و به همین دلیل به یکباره تولید انرژی در آن متوقف می‌شود. در این زمان دیگر هیچ نیرویی برای غلبه بر جاذبه‌ی گرانشی و ایجاد تعادل در جسم مرکزی ستاره وجود ندارد و به همین دلیل جسم مرکزی باقیمانده روی خود فرو می‌ریزد یا اصطلاحاً رُمبش می‌کند.

 

برای ستارگان متوسط فروریزش و رُمبش جسم مرکزی تا آنجا ادامه می‌یابد که تمامی جرم در فضایی معادل حجم کره‌ی زمین منقبض می‌شود: جرمی معادل خورشید در فضایی بیش از یک میلیون برابر کوچک‌تر! این جسمِ بسیار چگال کوتوله‌ی سفید نام دارد. چگالی کوتوله‌ی سفید به‌اندازه‌ای زیاد است که یک فنجان ماده از کوتوله‌ی سفید معادل صد رأس فیل جرم دارد! دمای سطحی کوتوله‌های سفید نیز در آغاز زمان تشکیل، بسیار زیاد و تا 100000 کلوین می‌رسد. ولی این ستارگان یا بهتر بگوییم بازمانده‌ی ستاره‌ها هیچ منبع تولید انرژی ندارند و به مرور سرد می‌شوند. در نهایت کوتوله‌ی سفید پس از گذشت میلیاردها سال به جرمی تاریک و اصطلاحاً کوتوله‌ی سیاه تبدیل می‌شود. در تصاویر تلسکوپی، بسیاری از کوتوله‌های سفید را می‌توان به صورت جرمی کوچک و درخشان در مرکز سحابی‌های سیاره‌نما مشاهده کرد. نزدیک‌ترین کوتوله‌ی سفید به منظومه‌ی شمسی در فاصله‌ی تقریبی 8 سال نوری، همدم ستاره پر نور آسمان شب، شباهنگ است که به کمک تلسکوپ‌های بزرگ آماتوری هم می‌توان آن را در فروغ همدم پرنورش مشاهده کرد.

در گوشه‌ی پایین سمت چپ این تصویر تلسکوپی نزدیک‌ترین کوتوله‌ی سفید به ما یعنی شباهنگ بی مشاهده می‌شود. ستاره‌ی پرنور مرکزی، شباهنگ، پرنورترین ستاره در آسمان زمین است.

 

 ستاره نوترونی

اما این داستان برای ستارگان پر جرم به گونه‌ای دیگر است. در صورتی که جرم جسم مرکزی باقی مانده از 44/1 جرم خورشید بیشتر باشد، رُمبش آن، جسمی به مراتب کوچک‌تر و چگال‌تر به نام ستاره‌ی نوترونی را به وجود می‌آورد. شعاع ستاره‌ی نوترونی بین 10 تا 20 کیلومتر است ولی در این فضای کوچک جرمی بیش از خورشید را در خود جای داده است! چگالی یک ستاره‌ی نوترونی به‌اندازه چگالی هسته‌ی اتم است. یک قاشق چای‌خوری ماده از این ستاره به‌اندازه یک ناو جنگی جرم دارد! همان گونه که از نام این اجرام مشخص است، ماده‌ی اصلی تشکیل‌دهنده‌ی آن نوترون است. نوترون‌هایی که بدون فضایی که در آن الکترون‌ها پرواز می‌کنند، در مجاورت هم فشرده شده و چنین جرم عجیبی را به وجود آورده‌اند. بسیاری از ستاره‌های نوترونی با سرعت بسیار زیادی به دور خود در چرخشند و این امر باعث ایجاد پالس‌های امواج الکترومغناطیسی پرانرژی از این اجرام به فضا می‌شود. به همین دلیل به گونه‌ای از این اجرام نام پالسار یا تپ‌اختر داده‌اند. معروف‌ترین ستاره‌ی نوترونی در قلب سحابی خرچنگ قرار دارد و به تپ‌اختر خرچنگ معروف است. این تپ‌اختر هر 03/0 ثانیه یک بار روشن و خاموش می‌شود.

 

تپ‌اختر خرچنگ در قلب سحابی خرچنگ یک ستاره نوترونی است که هر 03/0 ثانیه یک بار روشن و خاموش می‌شود. تصاویر سمت راست چشمک زدن سریع این تپ اختر را نشان می‌دهند.

 

سیاهچاله

 

سرانجام ستارگان بسیار پرجرم که جرمی بیش از 20 برابر جرم خورشید دارند پس از انفجار ابرنواختری به یکی از مرموزترین اجرام شناخته شده یعنی سیاهچاله‌ها ختم می‌شود. جاذبه‌ی گرانشی، آن قدر جرم باقیمانده از ستاره را منقبض می‌کند که به ناحیه‌ای بسیار کوچک‌تر از یک ستاره نوترونی محدود می‌شود. جاذبه‌ی گرانشی جرم به وجود آمده آن قدر زیاد است که حتی نور با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه هم نمی تواند از آن فرار کند و لذا این اجرام کاملاً سیاهند! جالب است بدانید که برای مقایسه، سرعت فرار از جاذبه‌ی گرانشی زمین 11 کیلومتر بر ثانیه است؛ یعنی اگر به جسمی سرعتی بیش از 11 کیلومتر بر ثانیه داده شود، می‌تواند تا بی‌نهایت از زمین دور شده و دوباره به آن باز نگردد.

 

ولی این اجرام سیاه چگونه کشف شدند؟ اجرامی که حتی فوتون‌های نور نیز نمی‌توانند پیامی از آنها به فضا و ما ساکنان زمین برسانند! سیاهچاله‌ها را از روی اثرات غیر مستقیمی که بر اجرام مجاور خود یا بر هندسه‌ی فضا-زمان می‌گذارند، کشف و بررسی می‌کنند. برای نمونه اگر همدمی در کنار سیاهچاله مانند یک ستاره‌ی غول قرمز وجود داشته باشد، گرانش زیاد سیاهچاله گازها و غبار موجود در خارجی‌ترین لایه‌ی ستاره را به سمت خود می‌کشاند و کم‌کم بین ستاره و سیاهچاله پلی از ماده درست می‌شود و سیاهچاله شروع به بلعیدن همدم خود می‌کند. ماده‌ای که به سمت سیاهچاله سرازیر شده است، قرص چرخان مارپیچی را برگرد آن به وجود می‌آورد که به آن قرص برافزایشی می‌گویند. ماده‌ی در این قرص برافزایشی بر اثر اصطکاک تا میلیون‌ها درجه کلوین گرم می‌شود و انواع تابش‌ها از طول موج رادیویی تا پرتوهای پرانرژی ایکس را از خود گسیل می‌کند. دانشمندان با دریافت این امواج به وجود یک سیاهچاله پی می‌برند. جالب است بدانید که در این حالت دو جت پر سرعت هم عمود بر قرص برافزایشی به وجود می‌آید که هم اکنون با استفاده از تلسکوپ‌های حرفه ای می‌توان جت‌ها را رصد کرد.

 

تصویری خیالی که نحوه‌ی بلعیده شدن یک ستاره توسط همدم سیاهچاله‌اش را نشان می‌دهد. قرص برافزایشی و جت‌های تولید شده را نیز در این شکل خیالی به تصویر کشیده شده‌اند.

 

حتی تلسکوپ‌هایی مثل تلسکوپ فضایی هابل قادر به آشکار کردن قرص برافزایشی سیاهچاله های بزرگ نیستند. بزرگ‌ترین و پر اشتهاترین سیاهچاله‌ی شناخته شده، ابرسیاهچاله‌ای در قلب کهکشان M87 است. این سیاهچاله جرمی معادل 5 میلیارد خورشید دارد و در هر روز جرمی معادل یک خورشید را از مواد اطرافش می‌بلعد! دانشمندان در مرکز بیشتر کهکشان‌ها با سیاهچاله‌های بسیار پرجرمی برخورد کردند. در مرکز کهکشان راه شیری نیز سیاهچاله‌ای با 300 میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد.

سال‌ها قبل از کشف سیاهچاله‌ها، امکان وجود چنین اجرامی از معادلات نسبیت عام اینشتین به دست آمد. بر اساس دیدگاه نظریه نسبیت عام، گرانش خودش را به صورت تغییر در انحنای فضا - زمان نشان می‌دهد. هر چه جرم جسم بیشتر باشد این انحنا بیشتر می‌شود. اجرامی مانند زمین و سیارات در چاه گرانشی که خورشید در فضا-زمان ایجاد کرده به دام افتاده و بر گرد آن در چرخشند. هر چه عمق این چاه بیشتر باشد، فرار از آن مشکل‌تر می‌شود. برای سیاهچاله‌ها عمق این چاه بی‌نهایت است و ماده تا ابد درون آن فرو می‌ریزد!

طبق نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، گرانش خودش را به صورت تغییر در انحنای فضا- زمان نشان می‌دهد. هرچه جرم جسم بیشتر باشد این انحنا در فضا زمان بیشتر می‌شود.

 

کرمچاله

یکی از پیشگویی‌های مشابه نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، وجود میان‌برهایی در فضا- زمان به نام کرمچاله‌هاست. اگر شما بخواهید از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر در کیهان سفر کنید حد بالایی برای سرعت سفر شما وجود دارد که سرعت نور است. حتی با سرعت نور هم سفر در ابعاد کیهانی زمان زیادی به درازا می‌کشد. برای نمونه برای سفر با سرعت نور به نزدیک‌ترین کهکشان بزرگ همسایه 3/2 میلیون سال زمان لازمست. ولی شما به کمک یک کرمچاله می‌توانید در چشم برهمزدنی به دورترین نقاط کیهان سفر کنید! اسامی این میان‌برهای کیهانی یعنی کرمچاله به زیبایی گویای ماهیت و برخی ویژگی‌های آنهاست. یک سیب را در نظر بگیرید. اگر شما بخواهید روی سطح دوبعدی پوسته سیب از نقطه‌ای به نقطه دیگر سفر کنید، باید مسافتی بپیمایید که این مسافت بیش از حالتی است که مانند کرم از درون سیب حرکت می‌کنیم؛ در این حالت جدید ما با اجازه سفر در یک بُعد بیشتر نسبت به حالت دوبعدی تنها پوسته سیب، به راه میان‌بر و کوتاه‌تری دست یافتیم. در مورد سفر در فضای سه بعدی نیز وضع همین‌طور است. با در نظر گرفتن بُعد زمان که در دیدگاه نسبیت عام بعدی از فضاست، میان‌برهایی برای سفر در فضا- زمان به دست می‌آیند که به کرمچاله معروفند. وجود چنین راه‌هایی در کیهان هنوز در حد تئوری‌های فیزیک باقی مانده است. ولی دانشمندان با جدّیت تمام به بررسی و چگونگی استفاده از این کلید راهگشای سفرهای فضایی آینده می‌اندیشند.

آیا به راستی میان‌برهای کیهانی یعنی کرمچاله‌ها وجود دارند؟

    هیچ نظری تا کنون برای این مطلب ارسال نشده است، اولین نفر باشید...