ستارگان نوترونی 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 می دانی طارق آسمان چیست!  وطارق همان ستاره درخشان است که نورش (چون نور علم قرآن به دلهای تاریک جاهلان) نفوذ کند.(سوره طارق آیات 3-1)

پیشگفتار
شناخت آسمان و فضای بیکرانی که بشر را احاطه کرده است ، یکی از آرزوهای دیرین وی بوده است و همواره ذهن کنجکاو بشر به جستجو و کشف روابط متقابل زمین و دیگر اجرام سماوی مشغول بوده و می باشد . انسان با مطالعه زمین و آسمان و به طور کلی فضا با شگفتیهای جهان بیشتر آشنا شده و به قدرت لایزال الهی پی می برد .
مطالعه و بررسی آسمان و حوادثی که در آن رخ می دهد از مباحث مهم و مورد علاقه انسان است ، از این رو مقاله ی حاضر با هدف شناساندن اجرامی که برای کمتر کسی آشنا بوده لیکن دربرگیرنده شگفتی های جذاب و اسرارآمیز بسیاری است به روش کتابخانه ای گردآوری شده است به آن امید که بتواند سهم کوچکی در پیشبرد اهداف سال جهانی نجوم داشته باشد .

چکیده
زمانی که یک ستاره سنگین در پایان عمر خود فرومی پاشد اگر جرم هسته ی باقی مانده آن بین 4/1تا 3 برابر جرم خورشید باشد از خود یک « ستاره ی نوترونی » بسیار متراکم با چگالی بالا بر جای خواهد گذاشت .
ستاره نوترونی با اینکه بسیار داغ است لیکن چون شعاع کمی دارد به سختی و به کمک علائمش تشخیص داده می شود . ستاره های نوترونی ای که در امتداد قطب های مغناطیسی خود امواج الکترومغناطیسی نامرئی و در برخی موارد مرئی گسیل می کنند و با سرعت بسیار به دور محور خود می چرخند « تپ اختر1 » نامیده می شوند . از زمان کشف اولین تپ اختر حدود 42 سال می گذرد . « تپنده ها » (یا همان تپ اخترها ) دارای دو خاصیت کند شدن دوره تناوب در طی زمان و « گلیچ » (ستاره لرزه ) می باشند . تپنده ها در سنین جوانی دارای دوره تناوب بسیار سریع و میدان مغناطیسی فوق العاده قوی اند که به مرور زمان دوره تناوب آن ها کندتر و میدان مغناطیسی شان ضغیف تر می شود .

ستاره های نوترونی
وقتی یک ستاره می میرد نیروی گرانش ما را مطمئن میسازد که سرانجام آخرین باقیمانده به یکی از سه حالت نهایی زیر برسد:
1 – کوتوله سفید 2- ستاره نوترونی 3- سیاهچاله
این اجرام که اغلب اجرام فشرده نامیده میشوند کوچک هستند و چگالی بسیار زیاد آنها گرانی قوی را بوجود می آورد.هر ستاره ای سرانجام به چنین شیی فرو ریزش می کند.چگونگی تحول یک ستاره به جرم آن بستگی دارد.ستارگانی با جرم کم و جرم متوسط به کوتوله سفید تبدیل میشوند. ستارگانی به جرم بسیار زیاد سرانجام می توانند به شکل ستاره نوترونی یا سیاهچاله فرو ریزش کنند بسته به اینکه چقدر از جرم آنها باقی بماند.یک ستاره نوترونی هسته یک ستاره است که با شعاع حدود 10 کیلومتر و یک چگالی بسیلر بالاکه فقط نوترونها می توانند وجود داشته باشند فرو ریزش کنند.دلیل اینکه این ستاره های نوترونی نظری واقعا" می توانند وجود داشته باشند ترکیبی از اختر فیزیک نظری ستاره شناسی رادیویی و ستاره شناسی نوری است.فرض کنید که ستاره ای 4جرم خورشیدی داردو نصف جرم آن خواه با نوعی انفجاری نواختری یا از طریق بادهای ستاره ای خارج شده و یک هسته پس مانده با جرمی 2برابر جرم خورشیدی بر جای گذاشته که چکالی اش در حدود 200تریلیون گرم بر سانتی متر مکعب خواهد شد.برای تصور این چگالی مدل بسیار بزرگ شده ای از اتم هیدروژن را در ذهن خود مجسم کنید توپ گلفی را در مرکز یک میدان فوتبال تصور کنید این توپ تنها پروتون اتم هیدروژن را نشان می دهد. اکنون فرض کنید پشه ای در محیط خارجی استادیوم بزرگی که زمین فوتبال را احاطه کرده پرواز می کند.این پشه حکم یک الکترون را دارد که معمولا"بخشی ازاتم هیدروژن است.اگر شمادر یکی ازجایگاههای این استادیوم نشسته باشید می توانید خودتان را تصور کنیدکه درون یک اتم هیدروژن بسیار بزرگ شده نشسته اید.در این حال نسبت ها از لحاظ اندازه و فاصله ای که آنها را از هم جدا میکند کاملا" درست است.جرمش در یک حجم بسیار کوچک در مرکز آن متمرکز شده.با این قیاس دو اتم در ابر گاز میان ستاره ای مانند دو استادیوم در شهرهای مجاور خواهند بود که فاصله ی نسبتا" زیاد دو اتم را نشان میدهد.اما در ستاره ی نوترونی عملا" همه فضا ی خالی بین دواتم هاو درون خوداتم چلانده شده است.نوترونها بدلیل نداشتن بار دچار واقعه ی الکتریکی نمی شوند از اینرو بهم نزدیکتر می شوند ساختار بلورین تنگچین ایجاد می کنند.

خواص ستارهای نوترونی
الف– هسته ای اتمی همگن منفرد که تقریبا" دارای 1057نوترون هستند.
ب– سریعا" دوران میکنند تا 1000دور درثانیه در مقایسه با خورشید که هر ماه یک دور میزنند.
پ– قویا" مغناطیسند تا یک تریلیون گوس در مقایسه با یک گوس خورشید (5/0 گوس زمین )
ت– بسیار داغند:دمای سطح تا106 درجه کلوین درمقایسه با5800 کلوین خورشید.
ث– سطح ستاره نوترونی:جای چندان تعریفی برای سیاحت نیست.شتاب جاذبه 100 میلیارد برابر شتاب سقوط آزاد بر زمین است.
ج– سرعت فرار از روی ستاره نوترونی نصف سرعت نور است یعنی 150.000کیلومتربرثانیه در مقایسه با 11کیلومتربرثانیه حقیرآن زمین. اگر روی ستاره نوترونی که باشیددر آنی دراثرحرارت و تبخیرو نیروی گرانش کنجاله می شوید.
آیا ما باید انتظار داشته باشیم که یک شی داغی مثل این ستاره به سادگی دیده شود؟
خیر نظریه ها طور دیگری پیش بینی می کنند.ستاره های نوترونی کوچک هستندو سطح کوجک آنها نمی تواند حتی در دمای بالا انرژی زیادی ساطع کند. بطور مثال یک ستاره نوترونی که 10 کیلومتر شعاع دارد و دمای سطحی 106 درجه کلوین دارد. تنها 15 درصد یک جسم سیاه مانند خورشید تابش می کند. بعلاوه اکثر انرژی تابش شده در قسمت پرتو ایکس طیف خواهد بود و لذابا تلسکوپ های زمینی رویت نمی شود.

ساختار داخلی ستاره های نوترونی
با توجه به اینکه الگوهای نظری ستارگان نوترونی برای محاسبه بسیار مشکلند ، زیرا هیچ کس واقعاً به درستی نمی داند که ماده نوترونی خالص چگونه رفتار می کند . اما با این حال ، اکثر نظریه ها براین قضیه توافق دارند که ستاره نوترونی 3 لایه اصلی دارد. نزدیک سطح ، فشار کم است ، هسته های اتمی می توانند به شکل بلوری سخت با ضخامت تقریبی یک کیلو متر وجود داشته باشند و پوسته تقریبا ً 10 برابر از فولاد سخت تر است . گرچه این مواد بسیار مقاوم اند اما گرانی حیرت انگیزی که درسطح وجود دارد مانع ارتفاع بیش از چند میلی متر بلندیهای ستاره های نوترونی می شود . زیر این پوسته فشار آنقدر زیاد است که مواد را وادارمی کند که به حالت مایع که غالباً با کمی پروتون ها و الکترون های آزاد تشکیل شده است در آورد . چون پروتون ها والکترون ها می توانند از میان نوترون مایع تقریباً بدون هیچ اصطکاکی حرکت کنند ، این ماده یک رسانای کامل الکتریسیته است ( یعنی ابررسانااست ). میدان مغناطیسی ستاره نوترونی درمیان جرم چرخانی از مایع ابر رسانا حبس شده است . ساختار درون یک ستاره نوترونی بسیار غیر قطعی است.

تپ اخترها
کشف تپ اخترها

درنوامبر 1967 م.جوسین بل دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه کمبریج انگلستان، یک الگوی ویژه برروی نقشه یک تلسکوپ رادیویی پیدا کرد بر خلاف سایر علامات رادیویی از اجرام آسمانی، این یک سری تپنده ها با دور تناوب زیاد 33730119/1 ثانیه بود. بل و آشونی هویش رئیس آزمایش بیشتر بررسی کردند و دریافتند که علامات نمی توانند محلی باشند و هرروز از همان مکان بخصوص می آمدند ابتدا به اولین تپ اختر کشف شده با تصور وجود یک تمدن فرازمینی نام جالب LGM1(مخفف مردان سبز کوچک) را دادند پس از مدت چند هفته دانشمندان باکشف تعداد زیادی جرم باهمین ویژگیها ولی با دوره های تناوب متفاوت، متوجه شدند که این اجرام کاملاً طبیعی و آسمانی بودند. به همین دلیل نام آن ها را به تپ اختر(تپنده یا پالسار)–یک منبع رادیویی در حال تپش– تغییر دادند. ماهها مشاهده نشان داد که بسیاری از تپنده ها در حال آهسته شدن هستند ودوره های تناوب آنها به مدت6- 10ثانیه در هرروز طولانی تر می شد. تقریباً همه ستارگان، هرچند کند، می چرخد. مثلاً خورشید در مدتی کمتر از یک ماه می چرخد.وقتی ستاره ای در سن پیری منقبض می شود تا به صورت یک ستاره ی نوترونی در آید، دوره ی چرخش آن کوتاه می شود، یعنی سریع وسریع تر می چرخد بنابر یک اصل فیزیکی به نام پایستگی اندازه ی حرکت زاویه ای انتظار دادیم. ستاره ای که درمرحله ی رشته اصلی (یا غول قرمز) به کندی می چرخیده است، در مرحله ی تراکم چرخش بسیار سریعی داشته باشد دراین صورت مدل متداول تپ اختر نوترونی با چرخش سریع است که از خود پرتو افشانی می کند. ارتباط گمشده بین تپنده ها وستاره های نوترونی در اکتبر 1968 میلادی، هنگامی که ستاره شناسان رادیویی تپنده ای را در قلب سحابی خرچنگ پیدا کردند وکشف شد سحابی خرچنگ باقی مانده ی ابرنو اختر سال 1054 میلادی است و نظریه ها پیش بینی می کنند که چند ستاره در حال انفجار ممکن است در عقب ستاره های نوترونی برجای گذاشته باشد. ظاهراً تپنده ی سحابی خرچنگ از همین اجرام است.

الگوی یک تپ اختر ( تپنده )
تپنده یک نام اشتباه است. درخشش های دوره ای که از تپنده ها پخش می شوند به چرخش آنها مربوط است نه به تپش آن. ستاره ی نوترونی در حال چرخش، باریکه هایی از تابش را که تمام آسمان را جاروب می کند، گسیل می دارد. هنگامی که یکی از این باریکه ها از بالای سرما رد می شود، مایک تپ را درست مانند این که نا خداها تپی از نور موقعی که باریکه ای از نور فانوس دریایی را جاروب می کند، می بینند، آشکار می کنیم به این الگو نظریه ی فانوس دریایی گفته می شود. نظریه پیشنهاد می کند که ستاره ی نوترونی بسیار سریع می چرخد و میدان مغناطیسی آن به قدری قوی است که مانند یک مولد عمل می کند ویک میدان الکتریکی به دور خود به وجود می آورد. این میدان آن قدر قوی است که ذرات بارداری را که اغلب الکترون هستند از سطح نزدیک به قطب های مغناطیسی ستاره ی نوترونی را در باریکه ی درخشنده که از قطب های مغناطیسی خارج شده اند، ترک می کنند. اگر محور مغناطیسی نسبت به محور چرخشی متمایل باشد، همچنان که درمورد زمین و اکثر سیارات منظومه ی شمسی که دارای میدان های مغناطیسی هستند این گونه است سپس ستاره ی نوترونی باریکه هایی را به دور آسمان جاروب می کند.
تاکنون در کهکشانمان بیش از1000 تپنده به ثبت رسیده است تنها وقتی که باریکه های تپنده سراسر زمین را جاروب می کنند، وجود آنها را متوجه می شویم. ما ستاره های نوترونی را تپنده نمی بینیم مگر آن که در مسیر باریکه های آن قرار بگیریم.

خصوصیات تپ اختر ها
تپنده ها دو خصوصیت دارند که نظریه ی فانوس دریایی را تایید می کنند. این دو خصوصیت عبارت اند از:
1. کند شدن دوره ی تناوب در طی زمان
2. گلیچ ( یا ستاره لرزه )
نخست بسیاری از تپنده ها در حال کند شدن هستند. دوره تناوب آنها به اندازه یک میلیونم ثانیه در هرروز در حال افزایش است.مقدار انرژی که یک تپنده در هرروز به فضا تابش می کند تقریباً 105 برابر خورشید است وتقریباً معادل با مقدار انرژی است که ستاره نوترونی در حال چرخان از دست می دهد ودوره تناوب آن به مقدار خیلی کم یک چند میلیونیم ثانیه افزایش می یابد. این مطلب منبع انرژی تپنده را توضیح می دهد. ستاره نوترونی در حال چرخش ومیدان مغناطیسی شدید آن انرژی چرخشی رابه انرژی تابشی تبدیل می کند.
دومین خصوصیت تپنده ها گلیچ است.
چون منبع اصلی انرژی تپ اختر، انرژی چرخشی آن است، وقتی این چرخش متوقف شود، یا میدان مغناطیسی آن دستخوش رمبش شود، تب اختر دیگر انرژی تابش نمی کند ومرحله نهایی تکامل چنین ستاره ای فرا می رسد. در چند مورد معلوم شده است که سرعت تپ اخترها ناگهان به مقدار کمی زیاد می شود این افزایش ناگهانی در آهنگ چرخش ممکن است نشانه آن باشد که ستاره منقبض شده وبه حجم کوچکتری رسیده است که مستلزم باز آرایی نوترون ها خواهد بود. این حالت همان ستاره لرزه یا گلیچ است واکنش ستاره به چنین کاهش ابعادی به این قرار است که اندکی سریعتر می چرخد وبه این ترتیب اندازه حرکت زاویه ای خود را حفظ می کند تغییری فقط به اندازه یک سانتیمتر در شعاع یک ستاره نوترونی کافی خواهد بود که یک تغییر قابل اندازه گیری در دوره تناوب تب اختر را توضیح دهد.
تپ اختر ها به عنوان ابزار ارزشمند اندازه گیری محیط میان ستاره ای در طیف تب اخترها خطوط نشری وجذبی بروز نمی کند، اما وقتی در طول موجهای متنوع مشاهده می شوند، ابزار ارزشمندی برای مطالعه محیط بیان ستاره ای است که این پدیده را بوجود می آورد. وقتی که یک پالس انرژی در منبع ایجاد می شود همزمان همه طول موجها را تولید می کند، اما وقتی از ناحیه ای از فضا عبور می کند که در آن حتی مقدار اندکی ماده وجود دارد، طول موجهای کوتاهتر سریعتر سیر می کنند. واز طول موجهای طویل تر جلو می افتند. مقدار تاخیر سیگنال هااندازه مستقیمی از تعداد الکترون های آزاد(حاصل از یونش) است که در طول خط دید ما تا تپ اختر قرار دارد. تا حدی که چگالی الکترون های آزاد را می توان بر آورد کرد(تقریباً یک الکترون در 30 سانتی متر مکعب)، پاشیدگی سرعت شاخص فاصله برای تپ اخترها به شمار می آید: هرچه الکترون های آزاد بیشتر باشند، پاشیدگی بیشتر وفاصله زیادتر است. با تعیین آهنگ انبساط سحابی خرچنگ می توان فاصله تا تپ اختر خرچنگ را تعیین کرد. هرگاه این فاصله را با پاشیدگی سرعت در پالسهای تپ اخترها مقایسه کنیم، می توانیم روش پاشیدگی سرعت را به عنوان یک شاخص فاصله برای تپ اخترها درجه بندی کنیم.

تپ اخترها چگونه عمرمی کنند؟
تپنده ها در ابتدای به وجود آمدنشان بسیار سریع می چرخند،شاید تقریبا 100بار درثانیه وشامل یک میدان مغناطیسی بسیارقوی هستند.آنها در حالی که انرژی چرخشی را به انرژی تابشی تبدیل می کنند به تدریج کندتر می شوندومیدان مغناطیسی آنها ضعیف تر می شود. تپنده متوسط ظاهرا در حدود 10? × 2 سال عمر می کند و کهنسال ترین آنها 10? سال دارند.از قرار معلوم، تا زمانی که یک تپنده پیرتر شود، آن قدر کند می چرخد تا باریکه های قابل آشکاری را ایجاد کند و به طور آهسته جشمک می زند. اگر یک تپنده در برگیرنده یک میدان مغناطیسی قوی باشد خیلی سریع بچرخد، آن گاه می تواند باریکه های تابش بسیار قوی گسیل کند. به علاوه، با پیر شدن ستاره، قادر خواهد بود که فوتونهایی با طول موج های کوتاه تر را گسیل کند. تپنده سحابی خرچنگ، جوانترین سحابی شناخته شده است که تپهایی با طول موج های رادیویی، مادون قرمز، مریی، پرتو ایکس و پرتو گاما گسیل می دارد.

انواع تپ اخترها
تپ اخترها را می توان به سه گروه تقسیم کرد: رادیو تپ اخترها، تپ اخترهای پرتو ایکسی و تپ اخترهای میلی ثانیه ای.
در مجموع 4 تپنده شناخته شده اند که تپهای قابل دید تولید می کنند. همه آنها ستاره های نوترونی چرخان سریعی هستند و سه تای آنها در ظاهر ستاره های نوترونی جوانند که در داخل باقیمانده های ابر نو اختر ها قرار گرفته اند. علاوه بر سحابی خرچنگ، تپنده بادبان نیز تپهای قابل مشاهده با دوره تناوب 089/0 ثانیه تولید می کند که در باقیمانده ابرنواختر قرار دارد.چهارمین تپنده نوری مرئی،«روباه»،تپ های خیلی سریعی تولید می کند، ولی به نظر می رسد تپنده کهنسالی باشد. بدیهی است که ما انتظار داریم داخل باقیمانده های ابرنواخترتپنده های جوان پیدا کنیم،مانند تپنده سحابی خرچنگ.سریعترین تپنده شناخته شده یک منبع رادیویی در صورت فلکی روباه ف نزدیک صورت فلکی مرغ است.این تپنده با سرعت عجیب 642 بار در ثانیه تپش می کند و خیلی آهسته کند می شود و در تپنده میلی ثانیه ای قرار دارد زیرا دوره تناوب تپش آن تقریبا یک میلی ثانیه است.دو تپنده خیلی سریع دیگر که تپنده های میلی ثانیه ای اند، کشف شده است که عضو سیستم های دو تایی هستند.

نتیجه گیری
امیدواریم خوانندگان این مقاله ، تاحدی به ارتباط میان ستاره ی تپ اختر و ستاره ی اشاره شده در سوره ی طارق پی برده باشند. آری ستاره ی طارق احتمالا همان تپ- اختر است که قرآن ، در حدود 1400 سال پیش به آن وخصوصیتش اشاره کرده است.
به احتمال فراوان در تپنده ها اسرار مهمی نهفته است که ما هنوز به آنان دست نیافته ایم . چرا که خداوند در قرآن به طارق سوگند خورده و به ارزش آن بسیار تاکید فرموده است.
در انتها می توان چنین نتیجه گرفت که اگر انسان کمی عمیق تر به علم نجوم و ارتباط آن با قرآن و نهج البلاغه بیاندیشد ؛ براستی می تواند به رازهای عالم هستی و قدرت بی نهایت خداوند پی ببرد.

منابع
1.ا. سیدز ، مایکل ، اساس ستاره شناسی (جلد1) ، عدالتی ، دکتر محمدتقی ، دانشگاه امام رضا ، چاپ سوم – 1385 .
2.تی. دیکسون ، رابرت ، نجوم دینامیکی ، خواجه نصیر طوسی ، احمد ، مرکز نشر دانشگاهی ، چاپ دوم -1385 .
3.رایدن ، باربارا سو ، شناخت گیتی ، آزادمنش ، افشین ، انتشارات معین ، چاپ اول – 1381 .
4.ریاضی ، دکتر نعمت ا... ، درآمدی بر اختر فیزیک نوین ، فتحی لقمان ، علی ، انتشارات آوند اندیشه ، چاپ اول – 1384 .
5.هاج ، پاول ، ساختار ستارگان و کهکشان ها ، حیدرزاده ، توفیق ، مؤسسه جغرافیایی و کارتوگرافی گیتاشناسی ، چاپ پنجم -


--------------------------------------------------------

 

/ 0 نظر / 15 بازدید