ستاره تپنده (Pulsar)، تپ اختر

ستاره تپنده (Pulsar)، تپ اختر

تپ اخترها انواعی از ستارگان نوترونی هستند. چیزی که تپ اخترها را از ستارگان نوترونی معمولی متمایز می‌کند این است که آنها به شدت مغناطیسی هستند و با سرعت‌های بسیار زیادی می‌چرخند. ستاره شناسان آنها را با “pulses” رادیویی که در فواصل زمانی معین ساطع می‌کنند، تشخیص می‌دهند. ستاره‌های تپنده اجسامی فشرده و سریع و درحال چرخش هستند که جریان‌های متمرکز تشعشع را در سراسر کیهان ساطع می‌کنند.

تپ اختر چیست؟

تپ اخترها به‌سرعت درحال چرخش هستند که pulses تابشی را در فواصل منظم از ثانیه تا میلی ثانیه منفجر می‌کنند. تپ اخترها دارای میدان‌های مغناطیسی قوی هستند که ذرات را در امتداد قطب‌های مغناطیسی خود به بیرون هدایت می‌کنند و آنها را به‌سرعت‌های نسبیتی شتاب می‌دهد که دو پرتو قدرتمند نور تولید می‌کند. به گفته دانشگاه کالیفرنیا، از آنجایی که قطب‌های میدان مغناطیسی با محور چرخش تپ اختر همسو نیستند، پرتوهای ذرات و نوری که تولید می‌کنند با چرخش تپ اختر به اطراف تابیده می‌شوند.

تناوب تپ اخترها به دلیل عبور این‌پرتوهای نور از خط دید در اینجا روی زمین است؛ به‌نظر می‌رسد که ستاره تپنده در نقاطی که نور رو به ما است، خاموش می‌شود. زمان بین این pulser، دوره تپ اختر است.

تصویر1: تپ اختر

تپ اختر‌ها فانوس دریایی کیهانی

تصور کنید که یک جفت قیچی باز روی یک دسته می‌چرخد. یک تیغه به سمت بالا است، این‌محور چرخش است درحالی که تیغه‌ی دیگر پرتو نور است. همزمان که محور چرخش جهت‌گیری یکسانی دارد، جهت پرتو با چرخش ستاره‌ی نوترونی می‌چرخد.  بنابراین تپ اخترها را می‌توان به عنوان فانوس دریایی کیهانی در نظر گرفت. اگرچه ممکن است فانوس دریایی تمام شب پرتوهای نور را به بیرون بفرستد اما ملوانان آسیب دیده آن را تنها زمانی می‌بینند که رو به آنها باشد.

از آنجا که آنها به‌سرعت می‌چرخند و ظاهر سوسو زدن را به خود می‌گیرد. این همچنین به معنی ان است که نام ستاره تپنده ممکن است در واقع گمراه کننده باشد زیرا این‌ستاره‌های نوترونی در واقع با کوچک شدن و بزرگ شدن دوره‌ای اندازه آنها مارا گمراه می‌کنند همانطور که ستاره شناسان زمانی فکر می‌کردند ستاره ها تپش ندارند. ضربان آنها صرفاً عاملی از جهت‌گیری آنها در رابطه با دیدگاه ما از آنها است و خروجی نور آنها عمدتاً ثابت است.

تپ اخترها چگونه تشکیل می‌شوند؟

دانشگاه پن استیت می‌گوید: (مانند تمام ستاره‌های نوترونی، تپ‌اخترها زمانی متولد می‌شوند که ستارگانی با جرم بین چهار تا هشت برابر خورشید، سوختشان برای همجوشی هسته‌ای تمام شود . هنگامی که ادغام عناصر سبک تر به عناصر سنگین تر متوقف می‌شود، تولید انرژی که ستاره پرجرم را در برابر فشار درونی گرانش عظیم خود حمایت می‌کند نیز متوقف می‌شود. تعادلی که ستاره در تمام عمر خود از آن لذت برده است به پایان می‌رسد و شروع به فروپاشی می‌کند.

همانطور که فروپاشی ادامه می‌یابد، لایه‌های بیرونی ستاره در یک انفجار ابرنواختری منفجر می‌شوند و تنها هسته آهنی ستاره‌ی پرجرم حاوی جرمی معادل جرم خورشید تا حدود 1.5 برابر جرم ستاره ما باقی مانده است). به گفته ناسا ، این‌پهنای بیش از 12 تا 17 مایل (19 تا 27 کیلومتر) در اطراف شهری در زمین خرد می‌شود. این‌ماده ستاره نوترونی متشکل از 95 درصد نوترون را ایجاد می‌کند زیرا فروپاشی الکترون‌ها و پروتون‌ها را به هم واداشته است.

به گفته ناسا، مواد تشکیل دهنده ستاره‌های نوترونی آنقدر چگال هستند که یک قاشق چای خوری از آن 4 میلیارد تن وزن دارد. این معادل 10000 ساختمان امپایر استیت است که روی یک قاشق کوچک چیده شده‌اند! این‌ماده فوق‌متراکم از جمع شدن بیشتر به هم جلوگیری می‌کند زیرا جرم هسته‌ی ستاره نمی‌تواند بر خواص کوانتومی نوترون‌های آن غلبه کند. اگر ستاره به اندازه‌ی کافی جرم داشت که بر این‌اثر غلبه کند، ستاره نوترونی به فروپاشی ادامه می‌داد تا زمانی که به سیاهچاله تبدیل شود.

ستاره‌ای با جرم خورشید هرگز تبدیل به یک ستاره‌ی نوترونی نمی‌شود در عوض، ستاره‌ی ما با تمام شدن هیدروژن برای ذوب شدن به هلیوم به‌عنوان یک بقایای ستاره‌ای در حال دود به نام کوتوله سفید به زندگی خود پایان می‌دهد. فرآیند فروپاشی هسته ممکن است چیزی باشد که باعث می‌شود ستاره‌های نوترونی جوان به عنوان تپ اختر به سرعت بچرخند. به این فکر کنید که شبیه یک اسکیت باز روی یخ است که در آغوش خود نقاشی می‌کشد. با انجام این‌کار، اسکیت باز روی یخ با سرعت بیشتری می‌چرخد. این‌مشابه قطر به سرعت درحال کوچک شدن یک هسته‌ی ستاره‌ای درحال فروپاشی است.

یک نظریه در مورد اینکه چرا تپ اخترهای میلی ثانیه‌ای حتی با سرعت بیشتری می‌چرخند این است که آنها از ستاره‌های پرجرم در یک سیستم دوتایی متولد شده‌اند. پس از اینکه فرآیند ایجاد ستاره نوترونی به پایان رسید، ستاره نوترونی تازه متولد شده مواد را از همدم دوتایی نزدیک خود جدا می‌کند. این‌حرکت زاویه‌ای را از ستاره دونر به ستاره نوترونی تغذیه کننده منتقل می‌کند که چرخش آن را افزایش می‌دهد یا آن را به سمت بالا می‌چرخاند.

تصویر2: pulsar

انواع تپ اخترها

دو نوع تپ اختر وجود دارد، تپ اخترهایی با دوره‌های چند میلی ثانیه‌ای که این‌تناوب در طول‌زمان بسیارآهسته تغییر می‌کند، تپ اخترهای میلی ثانیه‌ای نامیده می‌شوند و تپ اخترهای دیگری که فقط “تپ اخترهای معمولی” نامیده می‌شوند.

ستاره نوترونی چیست؟

ستاره‌های نوترونی یکی از افراطی‌ترین و عجیب‌ترین اجرام در جهان شناخته شده هستند.

ستارگان نوترونی بقایای هسته‌ی ستارگان عظیمی هستند که عمرشان به پایان رسیده است. آنها یکی از دو نقطه پایانی احتمالی تکاملی پرجرم‌ترین ستاره‌ها هستند و دیگری سیاهچاله‌ها هستند. چگال‌ترین اجرام ستاره‌های نوترونی از افراطی ترین اجرام کیهان هستند. ناسا تخمین می‌زند که بیش از یک میلیارد ستاره‌ی نوترونی در کهکشان راه شیری ما وجود دارد.

اکثر ستارگان نوترونی که تاکنون کشف شده‌اند، ستارگان نوترونی جوانی هستند که در حین چرخش با سرعتی‌باورنکردنی، تابش پرانرژی را بر روی زمین می‌چرخانند. ستاره‌های نوترونی قدیمی‌تر که میلیاردها سال برای کند کردن چرخش و سرد شدنشان فرصت داشته‌اند، کمتر به چشم می‌آیند اما جذابیت کمتری ندارند.

تصویر3: ستارگان نوترونی

ستارگان نوترونی و تپ اختر

به طور خلاصه همه‌ی تپ اخترها ستاره‌های نوترونی هستند اما همه‌ی ستاره‌های نوترونی تپ اختر نیستند.

اکثر ستارگان نوترونی که تاکنون کشف کرده‌ایم تپ‌اختر هستند، اما این به‌دلیل آن است که آنها بسیار واضح‌تر از ستاره‌های نوترونی هستند. با فانوس‌های بزرگ تابشی که از قطب‌های مغناطیسی منفجر می‌شوند، اخترشناسان می‌توانند این‌فانوس‌های دریایی کیهانی را بسیارآسان‌تر از ستاره‌های‌کوچک و کم‌نور نوترونی مشاهده کنند. با این‌حال برخی از تپ اخترها ممکن است از زمین قابل مشاهده نباشند زیرا پرتوهای نور تابیده شده آنها هرگز خود را به سمت ما نمی‌گیرند.

ما می‌توانیم نسبتاً مطمئن باشیم که تپ اخترها به سرعت در حال چرخش ستارگان نوترونی هستند، زیرا تپ اخترهای جوان در بقایای ابرنواخترها، دقیقاً جایی که انتظار می‌رود ستاره‌های نوترونی پیدا شوند، شناسایی شده‌اند.

ستاره‌های نوترونی دیگری که در حال حاضر تپ‌اختر به نظر نمی‌رسند و شبیه ستاره‌های نوترونی غیرقابل چرخش هستند، ممکن است زمانی تپ‌اختر بوده باشند، اما فرآیندی که باعث می‌شود پرتوهای تابش را منفجر کنند، ممکن است «خاموش» شده باشد یا گسیل‌ها بیش از حد باشد. ضعیف قابل مشاهده است. میانگین عمر یک تپ اختر حدود 10 میلیون سال است و با افزایش سن چرخش آنها کندتر می‌شود. بنابراین اگر همه ستارگان نوترونی تپ اختر نیستند، چگونه برخی از این‌بقایای عجیب و غریب مانند فانوس‌های دریایی قدرتمند کیهانی به پایان می‌رسند؟

معروف‌ترین تپ اختر

مشهورترین تپ اختر احتمالاً تپ اختری است که در داخل سحابی خرچنگ قرار دارد. سحابی خرچنگ بقایای یک انفجار ابرنواختری است. در سال 1054 پس از میلاد، ستاره شناسان چینی، ژاپنی، کره‌ای و عرب همگی از مشاهده‌ی یک ستاره‌ی جدید در آسمان خبر دادند. تقریباً 700 سال دیگر طول کشید تا کسی از زمین بقایای غبارآلود و سحابی این‌ستاره‌ی منفجر شده را دید. تپ اختر نزدیک به مرکز سحابی خرچنگ حدود 30 بار در ثانیه می‌چرخد.

تصویر4: تلسکوپ فضایی هابل از مرکز سحابی خرچنگ در سال 2016 تصویربرداری کرد.

یک ستاره نوترونی به‌سرعت درحال چرخش در مرکز سحابی وجود دارد که به‌عنوان تپ اختر شناخته می‌شود. این‌‌سمت راست‌ترین ستاره از 2 ستاره‌ی نزدیک به مرکز تصویر است. نور مایل به آبی، تابشی است که توسط الکترون‌هایی که با سرعت نزدیک به‌سرعت نور در امتداد میدان مغناطیسی قدرتمند ستاره نوترونی ساطع می‌شوند. دانشمندان فکر می‌کنند که به‌دلیل موج ضربه‌ای که ذرات بسیار پرانرژی ناشی از بادهای پرسرعت ناشی از ستاره نوترونی را روی هم می‌ریزد، نورهای دایره‌ای نازک از ستاره تپنده خارج می‌شوند. تصویر از طریق ناسا.

حقایق جالب درمورد تپ اختر

هنگامی که یک ستاره تپنده برای اولین بار تشکیل می‌شود، بیشترین انرژی و سریع‌ترین سرعت چرخش را دارد. همانطور که نیروی الکترومغناطیسی را از طریق پرتوهای خود آزاد می‌کند به‌تدریج سرعت آن کاهش می‌یابد. طی 10 تا 100 میلیون سال، سرعت آن به‌حدی کاهش می‌یابد که پرتوهای آن قطع می‌شود و تپ اختر ساکت می‌شود. هنگامی که آنها فعال هستند، با چنان نظم عجیبی می‌چرخند که ستاره شناسان از آنها به‌عنوان تایمر استفاده می‌کنند. در واقع، گفته می‌شود که انواع خاصی از تپ اخترها از نظر دقت در حفظ زمان با ساعت‌های اتمی رقابت می‌کنند.

تپ اخترها همچنین به ما در جستجوی امواج گرانشی، کاوش در محیط بین ستاره‌ای و حتی یافتن سیارات فراخورشیدی در مدار کمک می‌کنند. در واقع اولین سیارات فراخورشیدی در سال 1992 در اطراف یک تپ اختر کشف شدند؛ زمانی که ستاره شناسان الکساندر ولسزان و دیل فریل کشف یک منظومه‌ی چند سیاره‌ای را در اطراف “PSR B1257+12” اعلام کردند. یک ستاره تپنده میلی ثانیه‌ای که اکنون به داشتن دو سیاره‌ی فراخورشیدی شناخته شده است.

 کلام اخر

تپ اختر یک ستاره‌ی نوترونی است که قطب‌های آن به سمت زمین است تا بتوانیم pulser نور ناشی از گسیل قوی ستاره را هنگامی که به‌سرعت در حال چرخش است ببینیم.

نویسنده: ستاره رهبر

منابع:

1. https: //www.space.com/32661-pulsars.html
2. https: //earthsky.org/space/what-is-a-pulsar/
3. https: //www.universetoday.com/25376/pulsars/