ستاره نوترونی یکی از انواع ستارگان است که به خاطر برخی ویژگی‌های خاصی که دارد، جزو اجرام شگفت‌انگیز آسمان محسوب می‌شود. در این مقاله قصد داریم به شرح خصوصیات و نحوه تشکیل ستاره‌های نوترونی بپردازیم و بگوییم تپ اخترها چگونه از این نوع ستاره‌ها به وجود می‌آیند.

وقتی ستاره‌های پرجرم در پایان عمر خود در قالب یک ابرنواختر منفجر می‌شوند، ممکن است هسته آن‌ها فروپاشی شده و به اجرامی کوچک و بسیار متراکم تبدیل شود؛ این اجرام ستاره‌های نوترونی نام دارند. در این حالت، نیروی گرانش، مواد را چنان محکم به درون خود می‌فشرد که پروتون‌ها و الکترون‌ها با هم ترکیب می‌شوند و نوترون می‌سازند و نام ستاره نوترونی نیز از همین رو برای آن‌ها انتخاب شده است.

همچنین این نوع ستارگان، سوخت خود را تمام کرده و دیگر هیدروژن، هلیوم یا عناصر دیگر را به عنوان سوخت نمی‌سوزانند.

جرم، اندازه و چگالی ستاره نوترونی

اندازه ستاره‌های نوترونی تقریبا معادل یک شهر کوچک است و این اجرام کیهانی حدود ۲۰ کیلومتر قطر دارند. با وجود این حجم کوچک، جرم ستاره‌های نوترونی به طور متوسط حدود ۱.۴ برابر خورشید تخمین زده می‌شود، البته به طور کلی جرم این ستاره‌ها بین ۱.۱۸ تا ۱.۹۷ برابر جرم خورشید متغیر است.

با این تفاسیر می‌توان دریافت چگالی ستاره نوترونی به شکلی باورنکردنی زیاد است، به طوری که وزن یک قاشق غذاخوری ستاره نوترونی بیش از ۹۰۰ میلیارد کیلوگرم بوده که از وزن کوه اورست هم بیشتر می‌شود!

گرانش ستاره نوترونی نیز بسیار قوی است؛ نیروی جاذبه یک ستاره نوترونی به طور متوسط ۲ میلیارد بار قوی‌تر از جاذبه روی زمین است. در حقیقت این نیرو در چنین ستاره‌هایی آن‌قدر زیاد است که تابش نور ستاره را طی فرآیندی موسوم به «عدسی گرانشی» به طور قابل توجهی خم کند و به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا قسمتی از پشت ستاره را ببینند.

سرعت ستاره نوترونی

نیروی حاصل از انفجار ابرنواختری که به دنبال آن ستاره‌های نوترونی شکل می‌گیرند، موجب چرخش بسیار سریع آن‌ها می‌شود. ستارگان نوترونی می‌‌توانند با سرعت ۴۳ هزار بار در دقیقه بچرخند، البته چنین سرعتی در طول زمان و به تدریج کاهش می‌یابد. در ادامه به این موضوع می‌پردازیم که ستاره‌های نوترونی چگونه ممکن است به یک تپ اختر تبدیل شوند؟

انواع ستاره‌های نوترونی

برای بیان انواع ستاره‌های نوترونی ابتدا ارتباط ستاره نوترونی و تپ اختر یا پالسار (Pulsar) را توضیح می‌دهیم. برخی از ستارگان نوترونی دارای جت‌ها یا فوران‌هایی از مواد هستند که تقریبا با سرعت نور از آن‌ها خارج می‌شوند. هنگامی که این پرتوها از کنار زمین عبور می‌کنند، مانند چراغ یک فانوس دریایی چشمک می‌زنند که دانشمندان در چنین حالتی ستاره‌های مذکور را تپ اختر (ستاره تپنده) می‌نامند.

تپ اخترها انواع مختلفی دارند که شامل تپ اختر میلی ثانیه‌ای، تپ اختر رادیویی، تپ اختر اشعه ایکس، تپ اختر بازیافتی، مگنتار (Magnetar)، تکرار کننده ملایم اشعه گاما (Soft Gamma Ray Repeater) و تپ اختر اشعه ایکس غیرعادی می‌شوند.

همچنین دانشمندان تپ اخترها را با توجه به منبع قدرت تابش الکترومغناطیسی‌شان به سه دسته کلی تقسیم می‌کنند؛ تپ اخترهای تغذیه‌شونده از نیروی چرخش که در این نوع اجرام انرژی حاصل از دوران ستاره، نیرو را تامین می‌کند. تپ اخترهای برافزایشی که بیشتر تپ اخترهای اشعه ایکس را شامل می‌شوند و منبع انرژی در آن‌ها حاصل از گرانش ماده برافزایش‌شده است. مگنتارها که در آن‌ها فروپاشی یک میدان مغناطیسی بسیار قوی، نیروی الکترومغناطیسی را فراهم می‌کند.

تپ اخترهای معمولی بین ۰.۱ تا ۶۰ بار در ثانیه می‌چرخند، در حالی که تپ اخترهای میلی ثانیه‌ای می‌توانند ۷۰۰ بار چرخش در ثانیه را تجربه کنند. تپ اخترهای رادیویی نیز ستارگان نوترونی چرخشی بسیار مغناطیسی‌شده‌ای هستند که از قطب‌های مغناطیسی خود پرتوهای تابشی ساطع می‌کنند.

در مورد تپ اخترهای اشعه ایکس هم باید گفت این اجرام موادی را از همراهان پرجرم‌تر خود جذب می‌کنند. مواد مذکور با میدان مغناطیسی وارد تعامل شده و پرتوهای پرقدرتی تولید می‌کند که می‌تواند در طیف رادیویی، نوری، اشعه ایکس یا گاما دیده شود. همان‌طور که گفته شد از آنجایی که منبع انرژی اصلی چنین اجرامی این مواد است، اغلب به آن‌ها تپ اخترهای برافزایشی می‌گویند. حال تصور کنید دو ستاره نوترونی با هم برخورد کنند؛ در این حالت چه روی می‌دهد؟


برخورد ستاره‌های نوترونی

هنگام برخورد ستارگان نوترونی چه اتفاقی می‌افتد؟ حاصل این اتفاق، پدیده‌ای به نام کیلونوا است؛ رویداد نجومی زودگذری که هنگام برخورد دو ستاره نوترونی با هم یا برخورد ستاره نوترونی و سیاه چاله فضایی رخ می‌دهد. تصور می‌شود کیلونواها عامل ایجاد فلزات سنگینی هستند که میلیاردها سال پیش ستاره‌ها و سیاره‌ها را تشکیل داده‌اند. نور ناشی از برخورد ستاره‌های نوترونی فقط برای چند شب قابل مشاهده است، از این رو تلسکوپ‌ها فرصت کمی برای شناسایی و رصد آن‌ها دارند.

سنگین‌ترین ستاره نوترونی

ستاره نوترونی PSR J0952-0607 که در سال ۲۰۱۷ رصد شد، در فاصله ۳ هزار سال نوری از زمین در صورت فلکی سدس (Sextans) قرار دارد. وزن این ستاره ۲.۳۵ برابر خورشید است که آن را به سنگین‌ترین ستاره نوترونی شناخته‌شده تاکنون بدل می‌کند. در ادامه به تفاوت ستاره‌های نوترونی و ستاره‌های کوتوله سفید می‌پردازیم.

ستاره نوترونی و ستاره کوتوله سفید

ستاره کوتوله سفید از فروپاشی ستارگان کم جرم (با جرم کمتر از ۱۰ برابر جرم خورشید) به وجود می‌آید، در حالی که ستاره نوترونی در اثر فروپاشی هسته ستاره‌های پرجرم تشکیل می‌شود. به علاوه، حداکثر جرم کوتوله‌های سفید ۱.۴ برابر جرم خورشید است، اما همان‌طور که گفته شد ستاره‌های نوترونی می‌توانند حدود ۲ برابر جرم خورشید جرم داشته باشند.

صدای ستاره‌های نوترونی

آیا ستاره‌های نوترونی صدا تولید می‌کنند؟ انفجارهای عظیم موجب تولید انرژی امواج گرانشی می‌شود که در نتیجه آن موج‌هایی در فضا زمان ارسال می‌گردد. امواج گرانشی صدا تولید نمی‌کنند، اما دانشمندان می‌توانند با استفاده از فناوری‌های نوین فرکانس آن‌ها را به صوت قابل شنیدن برای انسان تبدیل کنند.