أضخم نجم نيوتروني حتى الآن هو “أرملة سوداء” تلتهم رفيقها

إن نجمًا كثيفًا منهارًا يدور بسرعة 707 مرات في الثانية – مما يجعله أحد أسرع النجوم النيوترونية دورانًا في مجرة ​​درب التبانة – هبط واستهلك الكتلة الكاملة للنجم المرافق له ، ونما إلى نجم نيوتروني ضخم في هذه العملية. لوحظ حتى الآن.

يزن في هذا العمل الفذ نيوترون نجمة ، وهي مرتبة أعلى بمقدار 2.35 مرة كتلة تساعد الشمس علماء الفلك على فهم الحالة الكمومية الغريبة داخل هذه الأجسام الكثيفة ، والتي – إذا كانت أكثر ضخامة – يمكن أن تنهار تمامًا وتختفي على شكل ثقوب سوداء.

قال أليكس بليبينكو ، أستاذ علم الفلك المتميز في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي: “نحن نعلم كيف تتصرف المادة عند الكثافات النووية مثل نواة ذرة اليورانيوم”. “النجم النيوتروني يشبه النواة العملاقة ، ولكن إذا كان لديك كتلة شمسية ونصف ، أي ما يقرب من 500000 نواة كتلة الأرض كلها عالقة معًا ، فليس من الواضح كيف ستعمل.”

أستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة ستانفورد روجر و. النجوم النيوترونية الغجرية كثيفة للغاية – 1 بوصة مكعبة تزن أكثر من 10 مليارات طن – ولبها هي المادة الأكثر كثافة في الكون. الثقوب السوداء، من المستحيل قراءتها لأنها مخفية وراء أفق الحدث. النجم النيوتروني ، النجم النابض المسمى PSR J0952-0607 ، هو أكثر الأجسام كثافة في مجال رؤية الأرض.

أصبح قياس كتلة النجم النيوتروني ممكنًا بفضل الحساسية الشديدة لتلسكوب Keck I الذي يبلغ طوله 10 أمتار في Mauna Kea ، هاواي ، والذي كان قادرًا على تسجيل طيف الضوء المرئي من نجم مرافق متوهج بشدة ، والذي انخفض الآن. حجم كوكب غازي عملاق. النجوم على بعد 3000 سنة ضوئية من الأرض في اتجاه كوكبة سيكستون.

اكتُشفت سنة 2017، يشار إلى PSR J0952-0607 باسم النجم النابض “الأرملة السوداء” – وهو مشابه لميل إناث عناكب الأرملة السوداء لاستهلاك ذكور أصغر بكثير بعد التزاوج. يدرس Filippenko و Romani أنظمة الأرملة السوداء منذ أكثر من عقد ، على أمل وضع حد أعلى لكيفية نمو النجوم النيوترونية الضخمة / النجوم النابضة.

قال روماني ، أستاذ الفيزياء في كلية العلوم الإنسانية والعلوم بجامعة ستانفورد: “من خلال الجمع بين هذا القياس وقياسات العديد من الأرامل السود ، نظهر أن النجوم النيوترونية يجب أن تصل إلى 2.35 على الأقل زائد أو ناقص 0.17 كتلة شمسية”. وعضو في معهد كاولي للفيزياء الفلكية والجسيمات وعلم الكونيات. “وهذا بدوره يوفر بعض القيود القوية على خصائص المادة عند مضاعفات الكثافة الموجودة في النوى. في الواقع ، تم استبعاد العديد من النماذج الشائعة لفيزياء المادة الكثيفة من خلال هذه النتيجة.”

إذا كانت قريبة من 2.35 كتلة شمسية الحد الأعلى يقول الباحثون أن الجزء الداخلي من النجوم النيوترونية عبارة عن حساء من النيوترونات والكواركات العلوية والسفلية – مكونات البروتونات والنيوترونات العادية – ولكنها ليست مواد غريبة مثل الكواركات “الغريبة” أو الكوانتات. الجسيمات التي تحتوي على كوارك غريب.

قال روماني: “تشير الكتلة القصوى العالية للنجوم النيوترونية إلى أنها خليط من النوى وكواركاتها العلوية والسفلية الذائبة”. “هذا يستثني العديد من المواقف المقترحة للكائن ، لا سيما تلك ذات الهيكل الداخلي الجذاب.”

روماني وفيليبينكو وطالب الدراسات العليا في جامعة ستانفورد دينيش خاندل هم مؤلفون مشاركون للورقة البحثية التي توضح بالتفصيل نتائج الفريق. رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

كيف يمكن أن تنمو؟

عندما ينهار نجم ذو نواة تزيد كتلته عن 1.4 كتلة شمسية في نهاية حياته ، فإنه يشكل مادة كثيفة ومضغوطة ، تحت ضغط عالٍ لدرجة أن جميع الذرات تتصادم معًا لتشكل بحرًا من النيوترونات. ومكوناتها دون الذرية ، الكواركات. تولد هذه النجوم النيوترونية وهي تدور حول نفسها ، وعلى الرغم من كونها باهتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها في الضوء المرئي ، فإنها تظهر نفسها على شكل نجوم نابضة ، أو أشعة ضوئية – موجات الراديو ، أو الأشعة السينية ، أو حتى أشعة جاما – تشع أثناء دورانها حول الأرض. شعاع منارة.

تدور النجوم النابضة “العادية” وتومض مرة واحدة في الثانية ، في المتوسط ​​، وهي سرعة يمكن تفسيرها بسهولة من خلال الدوران الطبيعي للنجم قبل أن ينهار. لكن بعض النجوم النابضة تكرر مئات أو حتى 1000 مرة في الثانية ، وهو أمر يصعب تفسيره ما لم تسقط المادة على النجم النيوتروني وتدور حوله. لكن بالنسبة للبعض النجوم النابضة ميلي ثانيةلا يوجد شركاء معروفون.

أحد التفسيرات المحتملة للنجوم النابضة الملي ثانية المعزولة هو أن كل نجم كان له رفيق سابقًا ، لكنه لم يصل أبدًا إلى أي شيء.

قال فيليبينكو: “إن المسار التطوري رائع للغاية. علامة تعجب مزدوجة”. “بينما يتطور النجم المرافق ويبدأ في التحول إلى عملاق أحمر ، تتسرب المواد على النجم النيوتروني ، الذي يدور النجم النيوتروني. عن طريق الدوران ، يصبح الآن نشطًا بشكل لا يصدق ، وتبدأ رياح من الجسيمات في الخروج من النجم النيوتروني. ثم تضرب هذه الرياح النجم المانح. وتبدأ في إزالة المواد ، وبمرور الوقت ، تنخفض كتلة النجم المانح إلى كتلة كوكب ، ومع مرور الوقت ، تختفي تمامًا. لذلك ، هذا ما تطورت النجوم النابضة بالمللي ثانية لتبدو وكأنها . ليسوا وحدهم في البداية – يجب أن يكونوا ثنائيًا – لكن لديهم رفقاءهم. تبخروا تدريجيًا وأصبحوا الآن بمفردهم. “

النجم النابض PSR J0952-0607 ونجمه المرافق الخافت يدعمان قصة أصل النجوم النابضة بالمللي ثانية.

قال روماني: “هذه الأجسام الشبيهة بالكواكب هي نوى النجوم العادية التي ساهمت في الزخم الكتلي والزاوي ، وتدور رفقائها من النجوم النابضة لأجزاء من الثانية وتزيد من كتلتها في هذه العملية”.

قال فيليبينكو: “في حالة الجحود الكوني ، فإن النجم النابض الأرملة السوداء ، بعد أن ابتلع معظم رفيقه ، يقوم الآن بتسخين رفيقه لتبخير الكتل الكوكبية وربما تدميره بالكامل”.

النجوم النابضة العنكبوتية تشمل redbacks و titerans

يعد اكتشاف النجوم النابضة للأرملة السوداء ، والتي يكون فيها رفيقها صغيرًا ولكن ليس صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها ، إحدى الطرق القليلة لوزن النجوم النيوترونية. في حالة هذا النظام الثنائي ، النجم المرافق – الآن فقط 20 ضعف كتلة كوكب المشتري – مشوه بكتلة النجم النيوتروني ويتم قفله بشكل مدّي ، تمامًا كما أن قمرنا محبوس في مدار ، لذلك نحن نرى واحدًا فقط. صفحة. يتم تسخين الجانب المواجه للنجم النيوتروني إلى حوالي 6200 كلفن أو 10700 درجة فهرنهايت ، وهو أكثر سخونة قليلاً من شمسنا وأكثر إشراقًا. تلسكوب كبير.

قام Filippenko و Romani بتدوير تلسكوب Keck I في PSR J0952-0607 ست مرات على مدار السنوات الأربع الماضية ، في كل مرة يلتقطان رفيقًا خافتًا في نقاط محددة في مداره الذي يبلغ 6.4 ساعة في قصاصات مدتها 15 دقيقة باستخدام مقياس طيف تصويري منخفض الدقة. بولسار. بمقارنة الأطياف مع أطياف النجوم الشبيهة بالشمس ، تمكنا من قياس سرعاتها المدارية. نجم رفيق وحساب كتلة النجم النيوتروني.

درس Filippenko و Romani حوالي عشرة من أنظمة الأرملة السوداء حتى الآن ، على الرغم من أن ستة نجوم فقط لديها رفقاء ساطعون بما يكفي لحساب كتلتها. كل النجوم النيوترونية الموجودة فيه أقل كتلة بولسار PSR J0952-060. إنهم يأملون في دراسة النجوم النابضة للأرملة السوداء وأبناء عمومتها: ريدباك ، الذي سمي على اسم نجوم الأرملة السوداء الأسترالية ، لديهم ما يقرب من عُشر عدد زملائهم. كتلة الشمس؛ وما أسماه الغجر بـ tidarrens – حيث رفيق هو واحد من مائة كتلة شمسية – بعد قريب. الارملة السوداء العنكبوت ذكر هذا النوع ، Tidarren sisyphoides ، هو 1 ٪ من حجم الأنثى.

“يمكننا أن نستمر في البحث عن الأرامل السود وما شابه النجوم النيوترونية انزلق الثقب الأسود بالقرب من الحافة. ولكن إذا لم نجد شيئًا ، فإن ذلك يقيد الحجة 2.3 الكتل الشمسية الحد الحقيقي ، بعد ذلك يصبحون الثقوب السوداء“قال فيليبينكو.

وأضاف روماني: “هذا في حدود ما يمكن أن يفعله تلسكوب Keck ، لذا باستثناء ظروف المراقبة الرائعة ، فإن تشديد قياس PSR J0952-0607 ينتظر عصر التلسكوب البالغ طوله 30 مترًا”.

المؤلفون المشاركون الآخرون في ورقة APJ Letters هم باحثو جامعة كاليفورنيا في بيركلي توماس برينك وويغانغ زينج.