نجم نيوتروني

حجم النجم النيوتروني مقارنة بمنهاتن.

إشعات من النجم النابض PSR B1509-58، نجم نيوتروني سريع التمدد، يصنع توهج غازي قريب في أشعة إكس (مضىي، من تشاندرا) وينير بقية السديم، يظهر هنا على هيئة أشعة تحت حمراء (الأزرق والأحمر، من WISE).

النجم النيوتروني neutron star، هونوع من البقايا النجمية التي يمكن أنت تنتج من انهيار جاذبية نجم عملاق بعد حدوث ظاهرة المستعر الأعظم. النجوم النيوترونية هي النجوم الأكثر كثافة والأصغر المعروفة في الكون؛ بقطر يصل إلى حوالي 12-13 كم فقط، وقد تصل كتلتها إلى ضعفي كتلى الشمس.

تتكون النجوم العملاقة بالكامل تقريباً من النيوترونات، وهي تعبير عن جسيمات تحت ذرية بلا شحنة كهربائية صافية بكتلة أكبر قليلاً من الپروتونات. النجوم النيوترونية ساخنة للغاية ومدعمة ضد المزيد من الانهيارات عن طريق ضغط الانحطاط الكمي بسبب ظاهرة وصفها مبدأ استبعاد پاولي، والذي يقول بأنه لا يوجد نيوترونين (أوأي جسيمات فرميونية أخرى) يمكنها حتى تشغل نفس المكان والحالة الكمومية معاً.

للنجم النيوتروني التقليدي كتلة تتراوح بين ~1.4 وحوالي ثلاثة أضعاف كتلة الشمس() بدرجة حرارة سطحية تصل إلى ~7005600000000000000♠6×10⁵ K. الكثافة الإجمالي للنجم النيوتروني تتراوح من 7017370000000000000♠3.7×10¹⁷ إلى 7017590000000000000♠5.9×10¹⁷ kg/m³ (7014260000000000000♠2.6×10¹⁴ to 7014409999999999999♠4.1×10¹⁴ مرة ضعف كثافة الشمس)، والذي يشابه الكثافة التقريبية لنواة ذرة 7017300000000000000♠3×10¹⁷ kg/m³. تتراوح كثافة النجم النيوتروني من أقل من 7009100000000000000♠1×10⁹ kg/m³ في القشرة – ويتزياد العمق إلى ما يزيد عن – 7017600000000000000♠6×10¹⁷ or 7017800000000000000♠8×10¹⁷ kg/m³ الأكثر عمقاً في الداخل (أعلى كثافة من نواة الذرة).

التشكل

تتكون النجمة النيوترونية عندما تفرغ نجمة كبيرة، تتراوح كتلتها بينستة وثمانية مرات قدر كتلة الشمس من وقودها وتحترق. ونتيجة لذلك، فإن النجمة تنهار ثم تنفجر بعد ذلك. وتسمى النجمة المتفجرة، المستعر فائق التوهج. وتنفض في هذه الحالة قشرتها الخارجية عنها وتهجر وراءها قلبًا أولبًا يدور. هذا اللّب هوالنجمة النيوترونية، وهي تتكون من بروتونات وإلكترونات دمجت معًا لتكوِّن نيوترونات عن طريق قوة جاذبية هائلة.

الخصائص

Gravitational light deflection at a neutron star. Due to relativistic light deflection more than half of the surface is visible (each chequered patch here represents 30 degrees by 30 degrees). In natural units, the mass of the depicted star is 1 and its radius 4, or twice its Schwarzschild radius.

لنجم النيوترون مجال مغنطيسي أقوى ملايين المرات من أكبر المغانط قوة على الأرض. ويعمل هذا المجال المغنطيسي بمثابة معجل جسيمات. فهويكوِّن مجالاً كهربائيًا يدفع الإلكترونات والبروتونات من سطح النجم. وفي بعض الحالات، تُولد هذه الجسميات شعاعا من موجات الراديو، أوالأشعة السينية أوأي إشعاع آخر يتدفق من النجم.

الهجريب

Cross-section of neutron star. Densities are in terms of ρ₀ the saturation nuclear matter density, where nucleons begin to touch.

عن طريق معلوماتنا عن خواص الجسيمات المشهجرة في تكوين النجم النيوتروني التي نعهدها من فهم الجسيمات الأولية فيمكن تقسيم باطن نجم نيوتروني قطره 20 كيلومتر إلى الطبقات الآتية:

يبلغ الضغط على سطحه صفر ، وحيث حتى النيوترونات الحرة غير مستقرة فيوجد على السطح أنوية الحديد وإلكترونات. وتكون تلك الأنوية في العادة بلورات إلا أنه نظرا لقوى الجاذبية البالغة الكبر فهي تمنع تكون بلورات ترتفع فوق السطح أكثر من عدة مليمترات. وإذا فرض وكان على السطح جومن البلازما الساخنة فلن يزيد سمكها عن عدة سنتيمترات.

ويقدر سمك الطبقة المتكونة من بلورات أنوية الحديد نحوعشرة متر. وتتزايد متوسط كثافة البلولورات إلى نحو1/1000 من كثافة الأنوية نفسها مع زيادة العمق حتى عمقعشرة متر. كما تتزايد نسبة النيوترونات في الأنوية وتتكون أنوية حديد غنية بالنيوترونات ، وتكون مستقرة في تلك الظروف المحيطة المتناهية الصعوبة.

وعلى عمقعشرة مترقد يكون الضغط عالي جدا بحيث تتواجد نيوترونات حرة. ومن هنا تبدأ طبقة وسطية قد تصل إلى 1 أو2 كيلومتر تتكون من أنوية الحديد المتبلورة بجانب سائل من النيوترونات. وفيها تتناقص نسبة الحديد من 100% إلى 0% بينما تتزايد نسبة النيوترونات . كما يرتفع متوسط الكثافة إلى حتى تصل إلى كثافة أنوية الذرة وقد تزيد عنها.

يتبع الطبقة المتوسطة من النجم النيوتروني نيوترونات بحيث يصبح مكونا من نيوترونات وقليل من البروتونات والإلكترونات في حالة توازن حراري. وبحسب درجة الحرارة فإذا كانت منخفضة نسبيا فيمكن للنيوترونات ان تكون في حالة ميوعة فائقة وأن تكون البروتونات فائقة التوصيل. ويتميز النجم النيوتروني بدرجة حرارة حرجة عند درجة 10¹¹كلفن ، أي حتى النجم النيوتروني يصل إلى حالة الميوعة الفائقة خلال فترة وجيزة من بعد تكونه.

وفي أعماق أكبر حيث ترتفع الكثافة إلى ثلاثة أضعاف كثافة النواة الذرية ولا نعهد ماهي صفات تلك الحالة الغريبة تماما عن ما نعهده ، حتى حتى تمثيلها في معجل جسيمات لدراستها ليس ممكنا.

وقد تتكون على ذلك العمق منطقة مركزية من بيونات أوكايونات. وبما حتى تلك الجسيمات من نوع البوزونات ولا تتبع مبدأ استبعاد باولي فإنهم جميعا يمكن ان يشغلوا نفس مستوى الطاقة الكمومي المنخفض وتكوين تكاثف بوز-اينشتاين ، وعندئذ فقد لا تستطيع تحمل الضغط الكبير جدا الواقع عليها بحيث قد يعتريها انهيار وتقلص ثاني وتصبح ثقبا أسودا.

وقد تكون إمكانية أخرى وهي تكوّن كواركات حرة ويسمى نجم كواركات. ومادة كتلك قد تتآثر بالتآثر القوي وتستقر رغم وجود الجاذبية. وحيث حتى نجم كواركاتقد يكون أكثر كثافة وبذلكقد يكون أصغر فمن المفروض حتىقد يكون دوران نجم الكواركات حول محوره أسرع من النجم اليوتروني. ونجد بعض النجوم المرصودة في هيئة النباض لها دورات حول محورها أقل من 1.4 مللي ثانية إلى 30 ثانية وقد يحدث النباض علامة على وجود تلك المادة الغريبة. بسبب انضغاطية النجم النيوتروني فإن جاذبية سطحها قد تفوق جاذبية الأرض حوالى مائة ألف مليون مرة.

وقد شوهد لأربعة من النباضات ازدياد مفاجئ في تردد الدوران ويتبعه فترة ينخفض فيها تردد الدوران ، فقد يحدث ذلك ناتجا عن زلزال ناشئ عن تبادل الزخم الزاوي بين الطبقة الحديدة العليا في النجم النيوتروني والطبقة التي تحتها المكونة من دوامات دوارة للسائل النيوتروني ذوالميوعة الفائقة.

تاريخ الاكتشافات

أول رصد مباشر لنجم نيوتروني في ضوء مرئي. النجم النيوتروني هوRX J185635-3754.

توقّع الفهماء وجود نجوم النيوترون في عام 1938. وكان التسقط مجرد نظرية فقط حتى عام 1967 عندما التقطت التلسكوبات الراديوية في إنجلترا نبضات كهربائية منتظمة من جسم في الفضاء. وقد خلص الفهماء فيما بعد إلى حتى هذه الأجسام المُسماة المنبضات هي بالعمل نجوم نيوترون.

الدوران

NASA artist's conception of a "starquake", or "stellar quake".

العدد والمسافة

النجوم النيوترونية الثنائية

الأنواع

Neutron star
- Protoneutron star (PNS), theorized.
- Radio-quiet neutron stars
- Radio loud neutron star
  - Single pulsars–general term for neutron stars that emit directed pulses of radiation towards us at regular intervals (due to their strong magnetic fields).
    - Rotation-powered pulsar ("radio pulsar")
      - Magnetar–a neutron star with an extremely strong magnetic field (1000 times more than a regular neutron star), and long rotation periods (5 to 12 seconds).
        
        Soft gamma repeater (SGR)
        
        Anomalous X-ray pulsar (AXP)
  - Binary pulsars
    - Low-mass X-ray binaries (LMXB)
    - Intermediate-mass X-ray binaries (IMXB)
    - High-mass X-ray binaries (HMXB)
    - Accretion-powered pulsar ("X-ray pulsar")
      - X-ray burster–a neutron star with a low mass binary companion from which matter is accreted resulting in irregular bursts of energy from the surface of the neutron star.
      - Millisecond pulsar (MSP) ("recycled pulsar")
        Sub-millisecond pulsar
- Exotic star
  - Quark star–currently a hypothetical type of neutron star composed of quark matter, or strange matter. As of 2008, there are three candidates.
  - Electroweak star–currently a hypothetical type of extremely heavy neutron star, in which the quarks are converted to leptons through the electroweak force, but the gravitational collapse of the star is prevented by radiation pressure. As of 2010, there is no evidence for their existence.
  - Preon star–currently a hypothetical type of neutron star composed of preon matter. As of 2008, there is no evidence for the existence of preons.

النواة العملاقة

أمثلة على النجوم النيوترونية

PSR J0108-1431 – closest neutron star
LGM-1 – the first recognized radio-pulsar
PSR B1257+12 – the first neutron star discovered with planets (a millisecond pulsar)
SWIFT J1756.9-2508 – a millisecond pulsar with a stellar-type companion with planetary range mass (below brown dwarf)
PSR B1509-58 source of the "Hand of God" photo shot by the Chandra X-ray Observatory.
PSR J0348+0432 - the most massive neutron star with a well-constrained mass, '"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"'.

انظر أيضاً

Magnetar
Millisecond pulsar
نيوترون
نيوترونية، Neutron-degenerate matter
Preon matter, Preon-degenerate matter
نباض
Pulsar in Triple Stellar System
Quark matter, Quark-degenerate matter
Radio quiet neutron stars
Rotating radio transients
The Magnificent Seven (neutron stars)

معرض الصور

Video - Neutron stars contain 500,000 Earth-masses in 25 kم (82,000 قدم) dia. sphere.
Video - Neutron stars colliding (animation).
Video - Neutron star collision.

الهوامش

^ تتزايد كثافة النجم النيوتروني بتزايد كتلته، ويتناقص قطره بطريقة غير خطية. (NASA mass radius graph)
^ 7017370000000000000♠3.7×10¹⁷ kg/m³ تستمد من كتلة 2.68 × 10³⁰ كگ / حجم نجم بقطر 12 كم; 7017590000000000000♠5.9×10¹⁷ kg m⁻³تشتق من كتلة 7030420000000000000♠4.2×10³⁰ kg لحجم نجم بقطر 11.9 كم

المصادر

^ Bulent Kiziltan (2011). Reassessing the Fundamentals: On the Evolution, Ages and Masses of Neutron Stars. Universal-Publishers. ISBN .
^ Neutron star mass measurements
^ "Nasa Ask an Astrophysist: Maximum Mass of a Neutron Star".
^ Paweł Haensel, A Y Potekhin, D G Yakovlev (2007). Neutron Stars. Springer. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ "Calculating a Neutron Star's Density". Retrieved 2006-03-11. NB 3 × 10¹⁷ kg/m³ is 7014300000000000000♠3×10¹⁴ g/cm³
^ "Introduction to neutron stars". Retrieved 2007-11-11.
^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة Zahn
^ Neutrino-Driven Protoneutron Star Winds, Todd A. Thompson.
^ Nakamura, T. (1989). "Binary Sub-Millisecond Pulsar and Rotating Core Collapse Model for SN1987A". Progress of Theoretical Physics. 81 (5): 1006. Bibcode:1989PThPh..81.1006N. doi:10.1143/PTP.81.1006.
^ "Pulsar in Triple Stellar System -- (a featured section that is part of the web page about The National Radio Astronomy Observatory in Green Bank, West Virginia)". Retrieved January 29, 2014. Astronomers using the National Science Foundation's Green Bank Telescope (GBT) have discovered a unique stellar system of two white dwarf stars and a superdense neutron star, all packed within a space smaller than Earth's orbit around the Sun. The closeness of the stars, combined with their nature, has allowed the scientists to make the best measurements yet of the complex gravitational interactions in such a system. In addition, detailed studies of this system may provide a key clue for resolving one of the principal outstanding problems of fundamental physics -- the true nature of gravity.

"ASTROPHYSICS: ON OBSERVED PULSARS". scienceweek.com. Retrieved 6 August 2004.
Norman K. Glendenning, R. Kippenhahn, I. Appenzeller, G. Borner, M. Harwit (2000). Compact Stars (2nd ed.).CS1 maint: multiple names: authors list (link)
Kaaret; Prieskorn; in 't Zand; Brandt; Lund; Mereghetti; Gotz; Kuulkers; Tomsick (2006). "Evidence for 1122 Hz X-Ray Burst Oscillations from the Neutron-Star X-Ray Transient XTE J1739-285". The Astrophysical Journal. 657 (2): L97. arXiv:astro-ph/0611716. Bibcode:2007ApJ...657L..97K. doi:10.1086/513270.

وصلات خارجية

Introduction to neutron stars
Neutron Stars for Undergraduates and its Errata
NASA on pulsars
"NASA Sees Hidden Structure Of Neutron Star In Starquake". SpaceDaily.com. April 26, 2006
"Mysterious X-ray sources may be lone neutron stars". New Scientist.
"Massive neutron star rules out exotic matter". New Scientist. According to a new analysis, exotic states of matter such as free quarks or BECs do not arise inside neutron stars.
"Neutron star clocked at mind-boggling velocity". New Scientist. A neutron star has been clocked traveling at more than 1500 kilometers per second.