up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله ستارگان نوتروني PDF
QR code - ستارگان نوتروني

ستارگان نوتروني

ستارگان نوتروني و تپ اختر ها

و السماء و الطارق(1) وما ادراک ما الطارق(2) النجم الثاقب(3)
قسم به آسمان، و قسم به طارق آن. و تو چه مي داني طارق آسمان چيست! وطارق همان ستاره درخشان است که نورش (چون نور علم قرآن به دلهاي تاريک جاهلان) نفوذ کند.(سوره طارق آيات 3-1)
پيشگفتار
شناخت آسمان و فضاي بيکراني که بشر را احاطه کرده است ، يکي از آرزوهاي ديرين وي بوده است و همواره ذهن کنجکاو بشر به جستجو و کشف روابط متقابل زمين و ديگر اجرام سماوي مشغول بوده و مي باشد . انسان با مطالعه زمين و آسمان و به طور کلي فضا با شگفتيهاي جهان بيشتر آشنا شده و به قدرت لايزال الهي پي مي برد .
مطالعه و بررسي آسمان و حوادثي که در آن رخ مي دهد از مباحث مهم و مورد علاقه انسان است ، از اين رو مقاله ي حاضر با هدف شناساندن اجرامي که براي کمتر کسي آشنا بوده ليکن دربرگيرنده شگفتي هاي جذاب و اسرارآميز بسياري است به روش کتابخانه اي گردآوري شده است به آن اميد که بتواند سهم کوچکي در پيشبرد اهداف سال جهاني نجوم داشته باشد .
چکيده
زماني که يک ستاره سنگين در پايان عمر خود فرومي پاشد اگر جرم هسته ي باقي مانده آن بين 4 1تا 3 برابر جرم خورشيد باشد از خود يک « ستاره ي نوتروني » بسيار متراکم با چگالي بالا بر جاي خواهد گذاشت .
ستاره نوتروني با اينکه بسيار داغ است ليکن چون شعاع کمي دارد به سختي و به کمک علائمش تشخيص داده مي شود . ستاره هاي نوتروني اي که در امتداد قطب هاي مغناطيسي خود امواج الکترومغناطيسي نامرئي و در برخي موارد مرئي گسيل مي کنند و با سرعت بسيار به دور محور خود مي چرخند « تپ اختر1 » ناميده مي شوند . از زمان کشف اولين تپ اختر حدود 42 سال مي گذرد . « تپنده ها » (يا همان تپ اخترها ) داراي دو خاصيت کند شدن دوره تناوب در طي زمان و « گليچ » (ستاره لرزه ) مي باشند . تپنده ها در سنين جواني داراي دوره تناوب بسيار سريع و ميدان مغناطيسي فوق العاده قوي اند که به مرور زمان دوره تناوب آن ها کندتر و ميدان مغناطيسي شان ضغيف تر مي شود .
ستاره هاي نوتروني
وقتي يک ستاره مي ميرد نيروي گرانش ما را مطمئن ميسازد که سرانجام آخرين باقيمانده به يکي از سه حالت نهايي زير برسد:
1 – کوتوله سفيد 2- ستاره نوتروني 3- سياهچاله
اين اجرام که اغلب اجرام فشرده ناميده ميشوند کوچک هستند و چگالي بسيار زياد آنها گراني قوي را بوجود مي آورد.هر ستاره اي سرانجام به چنين شيي فرو ريزش مي کند.چگونگي تحول يک ستاره به جرم آن بستگي دارد.ستارگاني با جرم کم و جرم متوسط به کوتوله سفيد تبديل ميشوند. ستارگاني به جرم بسيار زياد سرانجام مي توانند به شکل ستاره نوتروني يا سياهچاله فرو ريزش کنند بسته به اينکه چقدر از جرم آنها باقي بماند.يک ستاره نوتروني هسته يک ستاره است که با شعاع حدود 10 کيلومتر و يک چگالي بسيلر بالاکه فقط نوترونها مي توانند وجود داشته باشند فرو ريزش کنند.دليل اينکه اين ستاره هاي نوتروني نظري واقعا مي توانند وجود داشته باشند ترکيبي از اختر فيزيک نظري ستاره شناسي راديويي و ستاره شناسي نوري است.فرض کنيد که ستاره اي 4جرم خورشيدي داردو نصف جرم آن خواه با نوعي انفجاري نواختري يا از طريق بادهاي ستاره اي خارج شده و يک هسته پس مانده با جرمي 2برابر جرم خورشيدي بر جاي گذاشته که چکالي اش در حدود 200تريليون گرم بر سانتي متر مکعب خواهد شد.براي تصور اين چگالي مدل بسيار بزرگ شده اي از اتم هيدروژن را در ذهن خود مجسم کنيد توپ گلفي را در مرکز يک ميدان فوتبال تصور کنيد اين توپ تنها پروتون اتم هيدروژن را نشان مي دهد. اکنون فرض کنيد پشه اي در محيط خارجي استاديوم بزرگي که زمين فوتبال را احاطه کرده پرواز مي کند.اين پشه حکم يک الکترون را دارد که معمولا بخشي ازاتم هيدروژن است.اگر شمادر يکي ازجايگاههاي اين استاديوم نشسته باشيد مي توانيد خودتان را تصور کنيدکه درون يک اتم هيدروژن بسيار بزرگ شده نشسته ايد.در اين حال نسبت ها از لحاظ اندازه و فاصله اي که آنها را از هم جدا ميکند کاملا درست است.جرمش در يک حجم بسيار کوچک در مرکز آن متمرکز شده.با اين قياس دو اتم در ابر گاز ميان ستاره اي مانند دو استاديوم در شهرهاي مجاور خواهند بود که فاصله ي نسبتا زياد دو اتم را نشان ميدهد.اما در ستاره ي نوتروني عملا همه فضا ي خالي بين دواتم هاو درون خوداتم چلانده شده است.نوترونها بدليل نداشتن بار دچار واقعه ي الکتريکي نمي شوند از اينرو بهم نزديکتر مي شوند ساختار بلورين تنگچين ايجاد مي کنند.
خواص ستارهاي نوتروني
الف– هسته اي اتمي همگن منفرد که تقريبا داراي 1057نوترون هستند.
ب– سريعا دوران ميکنند تا 1000دور درثانيه در مقايسه با خورشيد که هر ماه يک دور ميزنند.
پ– قويا مغناطيسند تا يک تريليون گوس در مقايسه با يک گوس خورشيد (5 0 گوس زمين )
ت– بسيار داغند:دماي سطح تا106 درجه کلوين درمقايسه با5800 کلوين خورشيد.
ث– سطح ستاره نوتروني:جاي چندان تعريفي براي سياحت نيست.شتاب جاذبه 100 ميليارد برابر شتاب سقوط آزاد بر زمين است.
ج– سرعت فرار از روي ستاره نوتروني نصف سرعت نور است يعني 150.000کيلومتربرثانيه در مقايسه با 11کيلومتربرثانيه حقيرآن زمين. اگر روي ستاره نوتروني که باشيددر آني دراثرحرارت و تبخيرو نيروي گرانش کنجاله مي شويد.
آيا ما بايد انتظار داشته باشيم که يک شي داغي مثل اين ستاره به سادگي ديده شود؟
خير نظريه ها طور ديگري پيش بيني مي کنند.ستاره هاي نوتروني کوچک هستندو سطح کوجک آنها نمي تواند حتي در دماي بالا انرژي زيادي ساطع کند. بطور مثال يک ستاره نوتروني که 10 کيلومتر شعاع دارد و دماي سطحي 106 درجه کلوين دارد. تنها 15 درصد يک جسم سياه مانند خورشيد تابش مي کند. بعلاوه اکثر انرژي تابش شده در قسمت پرتو ايکس طيف خواهد بود و لذابا تلسکوپ هاي زميني رويت نمي شود.
ساختار داخلي ستاره هاي نوتروني
با توجه به اينکه الگوهاي نظري ستارگان نوتروني براي محاسبه بسيار مشکلند ، زيرا هيچ کس واقعاً به درستي نمي داند که ماده نوتروني خالص چگونه رفتار مي کند . اما با اين حال ، اکثر نظريه ها براين قضيه توافق دارند که ستاره نوتروني 3 لايه اصلي دارد. نزديک سطح ، فشار کم است ، هسته هاي اتمي مي توانند به شکل بلوري سخت با ضخامت تقريبي يک کيلو متر وجود داشته باشند و پوسته تقريبا ً 10 برابر از فولاد سخت تر است . گرچه اين مواد بسيار مقاوم اند اما گراني حيرت انگيزي که درسطح وجود دارد مانع ارتفاع بيش از چند ميلي متر بلنديهاي ستاره هاي نوتروني مي شود . زير اين پوسته فشار آنقدر زياد است که مواد را وادارمي کند که به حالت مايع که غالباً با کمي پروتون ها و الکترون هاي آزاد تشکيل شده است در آورد . چون پروتون ها والکترون ها مي توانند از ميان نوترون مايع تقريباً بدون هيچ اصطکاکي حرکت کنند ، اين ماده يک رساناي کامل الکتريسيته است ( يعني ابررسانااست ). ميدان مغناطيسي ستاره نوتروني درميان جرم چرخاني از مايع ابر رسانا حبس شده است . ساختار درون يک ستاره نوتروني بسيار غير قطعي است.
تپ اخترها
کشف تپ اخترها
درنوامبر 1967 م.جوسين بل دانشجوي کارشناسي ارشد دانشگاه کمبريج انگلستان، يک الگوي ويژه برروي نقشه يک تلسکوپ راديويي پيدا کرد بر خلاف ساير علامات راديويي از اجرام آسماني، اين يک سري تپنده ها با دور تناوب زياد 33730119 1 ثانيه بود. بل و آشوني هويش رئيس آزمايش بيشتر بررسي کردند و دريافتند که علامات نمي توانند محلي باشند و هرروز از همان مکان بخصوص مي آمدند ابتدا به اولين تپ اختر کشف شده با تصور وجود يک تمدن فرازميني نام جالب LGM1(مخفف مردان سبز کوچک) را دادند پس از مدت چند هفته دانشمندان باکشف تعداد زيادي جرم باهمين ويژگيها ولي با دوره هاي تناوب متفاوت، متوجه شدند که اين اجرام کاملاً طبيعي و آسماني بودند. به همين دليل نام آن ها را به تپ اختر(تپنده يا پالسار)–يک منبع راديويي در حال تپش– تغيير دادند. ماهها مشاهده نشان داد که بسياري از تپنده ها در حال آهسته شدن هستند ودوره هاي تناوب آنها به مدت6- 10ثانيه در هرروز طولاني تر مي شد. تقريباً همه ستارگان، هرچند کند، مي چرخد. مثلاً خورشيد در مدتي کمتر از يک ماه مي چرخد.وقتي ستاره اي در سن پيري منقبض مي شود تا به صورت يک ستاره ي نوتروني در آيد، دوره ي چرخش آن کوتاه مي شود، يعني سريع وسريع تر مي چرخد بنابر يک اصل فيزيکي به نام پايستگي اندازه ي حرکت زاويه اي انتظار داديم. ستاره اي که درمرحله ي رشته اصلي (يا غول قرمز) به کندي مي چرخيده است، در مرحله ي تراکم چرخش بسيار سريعي داشته باشد دراين صورت مدل متداول تپ اختر نوتروني با چرخش سريع است که از خود پرتو افشاني مي کند. ارتباط گمشده بين تپنده ها وستاره هاي نوتروني در اکتبر 1968 ميلادي، هنگامي که ستاره شناسان راديويي تپنده اي را در قلب سحابي خرچنگ پيدا کردند وکشف شد سحابي خرچنگ باقي مانده ي ابرنو اختر سال 1054 ميلادي است و نظريه ها پيش بيني مي کنند که چند ستاره در حال انفجار ممکن است در عقب ستاره هاي نوتروني برجاي گذاشته باشد. ظاهراً تپنده ي سحابي خرچنگ از همين اجرام است.
الگوي يک تپ اختر ( تپنده )
تپنده يک نام اشتباه است. درخشش هاي دوره اي که از تپنده ها پخش مي شوند به چرخش آنها مربوط است نه به تپش آن. ستاره ي نوتروني در حال چرخش، باريکه هايي از تابش را که تمام آسمان را جاروب مي کند، گسيل مي دارد. هنگامي که يکي از اين باريکه ها از بالاي سرما رد مي شود، مايک تپ را درست مانند اين که نا خداها تپي از نور موقعي که باريکه اي از نور فانوس دريايي را جاروب مي کند، مي بينند، آشکار مي کنيم به اين الگو نظريه ي فانوس دريايي گفته مي شود. نظريه پيشنهاد مي کند که ستاره ي نوتروني بسيار سريع مي چرخد و ميدان مغناطيسي آن به قدري قوي است که مانند يک مولد عمل مي کند ويک ميدان الکتريکي به دور خود به وجود مي آورد. اين ميدان آن قدر قوي است که ذرات بارداري را که اغلب الکترون هستند از سطح نزديک به قطب هاي مغناطيسي ستاره ي نوتروني را در باريکه ي درخشنده که از قطب هاي مغناطيسي خارج شده اند، ترک مي کنند. اگر محور مغناطيسي نسبت به محور چرخشي متمايل باشد، همچنان که درمورد زمين و اکثر سيارات منظومه ي شمسي که داراي ميدان هاي مغناطيسي هستند اين گونه است سپس ستاره ي نوتروني باريکه هايي را به دور آسمان جاروب مي کند.
تاکنون در کهکشانمان بيش از1000 تپنده به ثبت رسيده است تنها وقتي که باريکه هاي تپنده سراسر زمين را جاروب مي کنند، وجود آنها را متوجه مي شويم. ما ستاره هاي نوتروني را تپنده نمي بينيم مگر آن که در مسير باريکه هاي آن قرار بگيريم.
خصوصيات تپ اختر ها
تپنده ها دو خصوصيت دارند که نظريه ي فانوس دريايي را تاييد مي کنند. اين دو خصوصيت عبارت اند از:
1. کند شدن دوره ي تناوب در طي زمان
2. گليچ ( يا ستاره لرزه )
نخست بسياري از تپنده ها در حال کند شدن هستند. دوره تناوب آنها به اندازه يک ميليونم ثانيه در هرروز در حال افزايش است.مقدار انرژي که يک تپنده در هرروز به فضا تابش مي کند تقريباً 105 برابر خورشيد است وتقريباً معادل با مقدار انرژي است که ستاره نوتروني در حال چرخان از دست مي دهد ودوره تناوب آن به مقدار خيلي کم يک چند ميليونيم ثانيه افزايش مي يابد. اين مطلب منبع انرژي تپنده را توضيح مي دهد. ستاره نوتروني در حال چرخش وميدان مغناطيسي شديد آن انرژي چرخشي رابه انرژي تابشي تبديل مي کند.
دومين خصوصيت تپنده ها گليچ است.
چون منبع اصلي انرژي تپ اختر، انرژي چرخشي آن است، وقتي اين چرخش متوقف شود، يا ميدان مغناطيسي آن دستخوش رمبش شود، تب اختر ديگر انرژي تابش نمي کند ومرحله نهايي تکامل چنين ستاره اي فرا مي رسد. در چند مورد معلوم شده است که سرعت تپ اخترها ناگهان به مقدار کمي زياد مي شود اين افزايش ناگهاني در آهنگ چرخش ممکن است نشانه آن باشد که ستاره منقبض شده وبه حجم کوچکتري رسيده است که مستلزم باز آرايي نوترون ها خواهد بود. اين حالت همان ستاره لرزه يا گليچ است واکنش ستاره به چنين کاهش ابعادي به اين قرار است که اندکي سريعتر مي چرخد وبه اين ترتيب اندازه حرکت زاويه اي خود را حفظ مي کند تغييري فقط به اندازه يک سانتيمتر در شعاع يک ستاره نوتروني کافي خواهد بود که يک تغيير قابل اندازه گيري در دوره تناوب تب اختر را توضيح دهد.
تپ اختر ها به عنوان ابزار ارزشمند اندازه گيري محيط ميان ستاره اي در طيف تب اخترها خطوط نشري وجذبي بروز نمي کند، اما وقتي در طول موجهاي متنوع مشاهده مي شوند، ابزار ارزشمندي براي مطالعه محيط بيان ستاره اي است که اين پديده را بوجود مي آورد. وقتي که يک پالس انرژي در منبع ايجاد مي شود همزمان همه طول موجها را توليد مي کند، اما وقتي از ناحيه اي از فضا عبور مي کند که در آن حتي مقدار اندکي ماده وجود دارد، طول موجهاي کوتاهتر سريعتر سير مي کنند. واز طول موجهاي طويل تر جلو مي افتند. مقدار تاخير سيگنال هااندازه مستقيمي از تعداد الکترون هاي آزاد(حاصل از يونش) است که در طول خط ديد ما تا تپ اختر قرار دارد. تا حدي که چگالي الکترون هاي آزاد را مي توان بر آورد کرد(تقريباً يک الکترون در 30 سانتي متر مکعب)، پاشيدگي سرعت شاخص فاصله براي تپ اخترها به شمار مي آيد: هرچه الکترون هاي آزاد بيشتر باشند، پاشيدگي بيشتر وفاصله زيادتر است. با تعيين آهنگ انبساط سحابي خرچنگ مي توان فاصله تا تپ اختر خرچنگ را تعيين کرد. هرگاه اين فاصله را با پاشيدگي سرعت در پالسهاي تپ اخترها مقايسه کنيم، مي توانيم روش پاشيدگي سرعت را به عنوان يک شاخص فاصله براي تپ اخترها درجه بندي کنيم.
تپ اخترها چگونه عمرمي کنند؟
تپنده ها در ابتداي به وجود آمدنشان بسيار سريع مي چرخند،شايد تقريبا 100بار درثانيه وشامل يک ميدان مغناطيسي بسيارقوي هستند.آنها در حالي که انرژي چرخشي را به انرژي تابشي تبديل مي کنند به تدريج کندتر مي شوندوميدان مغناطيسي آنها ضعيف تر مي شود. تپنده متوسط ظاهرا در حدود 10? × 2 سال عمر مي کند و کهنسال ترين آنها 10? سال دارند.از قرار معلوم، تا زماني که يک تپنده پيرتر شود، آن قدر کند مي چرخد تا باريکه هاي قابل آشکاري را ايجاد کند و به طور آهسته جشمک مي زند. اگر يک تپنده در برگيرنده يک ميدان مغناطيسي قوي باشد خيلي سريع بچرخد، آن گاه مي تواند باريکه هاي تابش بسيار قوي گسيل کند. به علاوه، با پير شدن ستاره، قادر خواهد بود که فوتونهايي با طول موج هاي کوتاه تر را گسيل کند. تپنده سحابي خرچنگ، جوانترين سحابي شناخته شده است که تپهايي با طول موج هاي راديويي، مادون قرمز، مريي، پرتو ايکس و پرتو گاما گسيل مي دارد.
انواع تپ اخترها
تپ اخترها را مي توان به سه گروه تقسيم کرد: راديو تپ اخترها، تپ اخترهاي پرتو ايکسي و تپ اخترهاي ميلي ثانيه اي.
در مجموع 4 تپنده شناخته شده اند که تپهاي قابل ديد توليد مي کنند. همه آنها ستاره هاي نوتروني چرخان سريعي هستند و سه تاي آنها در ظاهر ستاره هاي نوتروني جوانند که در داخل باقيمانده هاي ابر نو اختر ها قرار گرفته اند. علاوه بر سحابي خرچنگ، تپنده بادبان نيز تپهاي قابل مشاهده با دوره تناوب 089 0 ثانيه توليد مي کند که در باقيمانده ابرنواختر قرار دارد.چهارمين تپنده نوري مرئي،«روباه»،تپ هاي خيلي سريعي توليد مي کند، ولي به نظر مي رسد تپنده کهنسالي باشد. بديهي است که ما انتظار داريم داخل باقيمانده هاي ابرنواخترتپنده هاي جوان پيدا کنيم،مانند تپنده سحابي خرچنگ.سريعترين تپنده شناخته شده يک منبع راديويي در صورت فلکي روباه ف نزديک صورت فلکي مرغ است.اين تپنده با سرعت عجيب 642 بار در ثانيه تپش مي کند و خيلي آهسته کند مي شود و در تپنده ميلي ثانيه اي قرار دارد زيرا دوره تناوب تپش آن تقريبا يک ميلي ثانيه است.دو تپنده خيلي سريع ديگر که تپنده هاي ميلي ثانيه اي اند، کشف شده است که عضو سيستم هاي دو تايي هستند.
نتيجه گيري
اميدواريم خوانندگان اين مقاله ، تاحدي به ارتباط ميان ستاره ي تپ اختر و ستاره ي اشاره شده در سوره ي طارق پي برده باشند. آري ستاره ي طارق احتمالا همان تپ- اختر است که قرآن ، در حدود 1400 سال پيش به آن وخصوصيتش اشاره کرده است.
به احتمال فراوان در تپنده ها اسرار مهمي نهفته است که ما هنوز به آنان دست نيافته ايم . چرا که خداوند در قرآن به طارق سوگند خورده و به ارزش آن بسيار تاکيد فرموده است.
در انتها مي توان چنين نتيجه گرفت که اگر انسان کمي عميق تر به علم نجوم و ارتباط آن با قرآن و نهج البلاغه بيانديشد ؛ براستي مي تواند به رازهاي عالم هستي و قدرت بي نهايت خداوند پي ببرد.

هر گاه واکنشهاي هسته اي هسته ستاره متوقف شوند، ستاره به مرحله مرگ وارد و ساختارش ناپايدار مي شود. ستاره اي با جرم نسبتاً کم در طي ميلياردها سال، آهسته ...

براي بدست آوردن دماي يک ستاره ما به طيفي که از آن ستاره به دست مي آيد نياز داريم. البته دمايي که ما مي خواهيم بدست بياوريم مربوط به سطح آن است نه داخل ...

براي بدست آوردن دماي يک ستاره ما به طيفي که از آن ستاره به دست مي آيد نياز داريم. ● توجه: دمايي که ما مي خواهيم بدست بياوريم مربوط به سطح آن است نه دا ...

بطور کلي ستارگان داراي مراحل مختلف جنيني ، کودکي و جواني و پيري هستند. پس از اکتشاف برابري جرم و انرژي توسط انيشتين ، دانشمندان تشخيص دادند، که کليه س ...

ستاره نوتروني هنگامي كه ستاره پر جرمي به شكل ابر نواختر منفجر مي شود، شايد هسته اش سالم بماند. اگر هسته بين 4 1 تا 3 جرم خورشيدي باشد، جاذبه آن را فرا ...

اخترشناسي که در زبان يوناني از ترکيب اجزاي astronomia = astron + nomos (به معناي قانون ستارگان) تشکيل شده است علم اشياء سماوي (مانند ستارگان، سيارات، ...

بر پايه ي بررسي هاي تازه اي ادعا شده که خورشيد کوچک تر از آن چيزي است که تصور مي شود. اگر اين گونه باشد، آن گاه ويژگي هاي ديگر خورشيد مانند دماي دروني ...

اگر در شب پر ستاره در فضاي آزاد قرار بگيريد متوجه خواهيد شد که ستارگان تغيير مکان مي دهند. اگر به مدت چند دققه به ستاره يا گروه ستارگان خاصي از نزديک ...

دانلود نسخه PDF - ستارگان نوتروني