النجوم النيوترونية (غالبًا ما تسمى النجوم النابضة)، هي بقايا نجمية وصلت إلى نهاية حياتها التطورية، التى تنتج عن موت نجم يتراوح بين 10 – 30 كتلة شمسية، وعلى الرغم من صغر حجمها (حوالي 20 كيلومترًا)، فإن النجوم النيوترونية لها كتلة أكبر من الشمس، لذا؛ فهي كثيفة للغاية.
استخدم باحثون من جامعة بوليتكنيكا دي كاتالونيا (UPC) ومعهد جزر الكناري للفيزياء الفلكية (IAC) طريقة مبتكرة لقياس كتلة أحد أثقل النجوم النيوترونية المعروفة حتى الآن، تم اكتشافه في عام 2011 ويطلق عليه (PSR J2215 + 5135).
مع ما يقرب من 2.3 كتلة شمسية، وهو واحد من أكبر النجوم النيوترونية كتلةَ المعروفة حتى الآن، على الرغم من أن دراسة نشرت في عام 2011 ذكرت أدلة على وجود نجم نيوتروني يحتوي على 2.4 كتلة شمسية، فإن النجوم النيوترونية الأكثر ضخامة التي حققت إجماعًا بين العلماء، وتم الإبلاغ عنها في عامي 2010 و2013 لديها 2 كتلة شمسية.
طريقة قياس كتلة النجم النيوتروني:
طور الفريق طريقة أكثر دقة من تلك المستخدمة حتى الآن لقياس كتلة النجوم النيوترونية في الثنائيات المدمجة (PSR J2215 + 5135)، وهو جزء من نظام ثنائي، يدور فيه نجمان حول مركز مشترك للكتلة، يتم تشويه النجم الثانوي أو المرافق بشدة من النجم النيوتروني.
كلما كان النجم النيوتروني أكثر ضخامة، كلما تحرك النجم المرافق في مداره بشكل أسرع، تستخدم الطريقة الجديدة الخطوط الطيفية للهيدروجين والمغنيسيوم لقياس السرعة التي يتحرك بها النجم المرافق، سمح ذلك للفريق بقيادة مانويل ليناريس بقياس سرعة كلا الجانبين من النجم المرافق، ولإظهار أن النجم النيوتروني يمكن أن يكون أكثر من ضعف كتلة الشمس.
يمكن أيضًا تطبيق هذه الطريقة الجديدة على بقية هذه المجموعة المتزايدة من النجوم النيوترونية. على مدى السنوات العشرة الماضية، كشف تلسكوب أشعة جاما Fermi-LAT NASA عن عشرات النجوم النابضة المشابهة لـ (PSR J2215 + 5135) من حيث المبدأ، يمكن أيضًا استخدام هذه الطريقة لقياس كتلة الثقوب السوداء والأقزام البيضاء (بقايا النجوم التي تموت مع أكثر من 30 أو أقل من 10 كتل شمسية على التوالي) عندما يتم العثور عليها في أنظمة ثنائية مماثلة، يكون أكثر كثافة من النواة الذرية.
إن القدرة على تحديد الكتلة القصوى للنجم النيوتروني لها عواقب مهمة للغاية في العديد من مجالات الفيزياء الفلكية، وكذلك في الفيزياء النووية. تُعد التفاعلات بين النيوكليونات (النيوترونات والبروتونات التي تُشكل نواة الذرة) بكثافة عالية واحدة من الألغاز العظيمة للفيزياء اليوم، النجوم النيوترونية هي معمل طبيعي لدراسة الحالات الأكثر كثافة والأكثر غرابة التي يمكن تخيلها.
من أجل دعم وزن 2.3 كتلة شمسية، يجب أن يكون التنافر بين الجسيمات في نواة النجم النيوتروني قويًا بما فيه الكفاية، يشير هذا إلى أنه من غير المرجح أن نجد أشكالًا غريبة أخرى من المادة في وسط النجم النيوتروني.
الولادة العنيفة للنجوم النيوترونية:
أجرى فريق من الباحثين في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية أغلى عمليات المحاكاة بالكمبيوتر حتى الآن، لدراسة تشكيل النجوم النيوترونية بدقة غير مسبوقة، تؤكد هذه النماذج الثلاثية الأبعاد الأولى في جميع أنحاء العالم مع المعالجة التفصيلية للتأثيرات الجسدية الهامة على أن الحركة العنيفة وغير المتناظرة بشكل كبير، تحدث عندما تسقط المادة النجمية نحو المركز، وبالتالي فإن نتائج المحاكاة تُدَعِم التصورات الأساسية للعمليات الديناميكية التي تنطوي عليها عندما ينفجر نجم على شكل مستعر أعظم، “السوبرنوفا” هي أيضًا مسقط رأس النجوم النيوترونية، تلك البقايا النجمية الغريبة والمدمجة، والتي يتم فيها ضغط 1.5 مرة من كتلة شمسنا إلى كرة بقطر ميونيخ، يحدث هذا في أجزاء من الثانية عندما ينفجر النجم بسبب الجاذبية القوية لكتلته، لا يتوقف الانهيار الكارثي إلا عندما يتم تجاوز كثافة النوى الذرية.
النجوم التي تزيد كتلتها عن ثمانية إلى عشرة أضعاف كتلة شمسنا، تنهي حياتها في انفجارات عملاقة، يتم فيها طرد الغاز النجمي إلى الفضاء المحيط بقوة هائلة، تنتمي هذه المستعرَّات العظمى إلى أكثر الظواهر نشاطًا وإشراقًا في الكون، ويمكن أن تتفوق على مجرة كاملة لأسابيع.
إنها أصل كوني للعناصر الكيميائية، مثل: الكربون، والأكسجين، والسيليكون، والحديد، والتي تتكون منها الأرض وأجسامنا، والتي يتم تربيتها في نجوم ضخمة على مدى ملايين السنين، أو يتم دمجها حديثًا في الانفجار النجمي.
يتم إنتاج هذه النيوترينوات وإشعاعها بأعداد هائلة عند درجات الحرارة العالية، والكثافة في النجم النجمي المنهار، ونجم النيوترونات الوليدة، مثل: الإشعاع الحراري للمسخن، فإنهم يسخنون الغاز المحيط بالنجم النيوتروني الحار، وبالتالي يمكنه الإنفجار.
تضخ النيوترينوات الطاقة في الغاز النجمي، وتُكثِف الضغط؛ حتى تتسارع موجة الصدمة لتعطيل النجم في مستعر أعظم، ولكن، هل تعمل هذه الفكرة النظرية حقًا؟ هل هو تفسير الآلية الغامضة التي تقود الانفجار؟
لسوء الحظ، لا يمكن استنساخ العمليات في مركز النجوم المتفجرة في المختبر، كذلك العديد من الكتل الشمسية من الغاز النجمي غير الشفاف تحجب رؤيتنا في أعماق المستعرات العظمى، وبالتالي، يعتمد البحث بشدة على أكثر المحاكات الحاسوبية تعقيدًا وتحدّيًا، حيث يتم حل المعادلات الرياضية المعقدة التي تصف حركة الغاز النجمي، والعمليات الفيزيائية التي تحدث في الظروف القاسية في قلب النجم المنهار.
لهذه المهمة، يتم استخدام أقوى الحواسيب الفائقة الموجودة، ولكن لايزال من الممكن إجراء مثل هذه الحسابات فقط مع تبسيط جذري حتى وقت قريب.
كتابة: هدير أحمد
مراجعة: أحمد مغربي
تحرير: أسماء مالك
تصميم: امنية عبد الفتاح
