منذ ولادة الكون ، مرت أكثر من عشرة بلايين سنة ، يحدث خلالها تطور النجوم ، تحدث تغيرات في تكوين الفضاء الخارجي. تختفي بعض الأجسام الفضائية وتظهر أخرى في مكانها. هذه العملية تحدث طوال الوقت ، ومع ذلك ، بسبب الفترات الزمنية الضخمة ، نحن قادرون على مشاهدة إطار واحد فقط من ضخم متعدد ورائع.
نحن نرى الكون في كل مجده ، ونراقب حياة النجوم ومراحل التطور ولحظة الموت. إن موت النجم دائمًا حدث ضخم وحية. كلما كان النجم أكبر حجماً وأكثر ضخامة ، كلما كبرت الكارثة.
النجم النيوتروني هو مثال حي على هذا التطور ، وهو نصب حي لقوة النجوم السابقة. هذا هو التناقض الكامل. في مكان النجم الضخم ، تكون أبعاده وكتلته أعلى بعشرات المرات ومراتها من تلك الموجودة في شمسنا ، ويظهر جسم سماوي صغير يبلغ قطره بضعة عشرات من الكيلومترات. مثل هذا التحول لا يحدث في لحظة واحدة. تشكيل النجوم النيوترونية هو نتيجة لمسيرة تطورية طويلة من تطور وحش كوني ممتد في الفضاء وفي الوقت.
فيزياء النجوم النيوترونية
مثل هذه الأشياء قليلة في الكون ، لأنها قد تبدو للوهلة الأولى. كقاعدة ، يمكن أن يكون النجم النيوتروني واحدًا لكل ألف نجم. يكمن سر هذا العدد الصغير في تفرد العمليات التطورية التي تسبق ميلاد النجوم النيوترونية. كل النجوم يعيشون حياتهم بشكل مختلف. تبدو خاتمة دراما النجوم مختلفة أيضًا. يتم تحديد حجم الإجراء من كتلة النجم. كلما ازدادت كتلة الجسم الكوني ، كلما كان النجم أكثر ضخامة ، كلما زاد احتمال أن يكون موته سريعًا ومشرقًا.
تؤدي زيادة قوى الجاذبية باستمرار إلى تحويل المادة النجمية إلى طاقة حرارية. هذه العملية مصحوبة عن غير قصد بإطلاق ضخم - انفجار سوبرنوفا. إن نتيجة هذه الجائحة هي جسم فضائي جديد - نجم نيوتروني.
ببساطة ، تتوقف المادة النجمية عن كونها وقودًا ، وتفقد تفاعلات حرارية نووية شدتها ولا تستطيع الحفاظ على درجات الحرارة اللازمة في أعماق جسم ضخم. يصبح الانهيار هو الخروج من الحالة الناشئة - انهيار الغاز النجمي على الجزء المركزي من النجم.
كل هذا يؤدي إلى إطلاق فوري للطاقة ، وتشتت الطبقات الخارجية من المادة النجمية في جميع الاتجاهات. بدلا من النجم ، يظهر سديم متزايد. يمكن أن يحدث مثل هذا التحول مع أي نجم ، ولكن قد تكون نتائج الانهيار مختلفة.
إذا كانت كتلة الجسم الفضائي صغيرة ، على سبيل المثال ، فنحن نتعامل مع قزم أصفر مثل الشمس ، ويبقى قزم أبيض بدلاً من الفلاش. في حال تجاوز كتلة الوحش الكوني الكتلة الشمسية عشرات المرات ، كنتيجة للانهيار لاحظنا انفجار سوبرنوفا. بدلا من جلالة نجمية سابقة يتم تشكيل نجم نيوتروني. إن النجوم الفائقة الكتلة ، التي تزيد كتلتها مئات الكيلومترات من كتلة الشمس ، تكمل دورة حياتها ، والنجم النيوتروني هو مرحلة متوسطة. يؤدي استمرار ضغط الجاذبية إلى حقيقة أن حياة نجم نيوتروني ينتهي بمظهر ثقب أسود.
نتيجة لانهيار النجم ، يبقى جوهره فقط ، يستمر في الانكماش. في هذا الصدد ، ميزة مميزة من نجوم النيوترون هي كثافة عالية وكتلة ضخمة مع أحجام ضئيلة. هكذا كتلة نجم نيوتروني بقطر 20 كم. 1.5-3 أضعاف كتلة نجمنا. يحدث الضغط أو النيوترونات من الإلكترونات والبروتونات في النيوترونات. تبعاً لذلك ، مع انخفاض الحجم والحجم ، تزداد كثافة الكتلة النجمية وكتلتها بسرعة.
تكوين نجوم النيوترون
لا تتوفر معلومات دقيقة عن تكوين النجوم النيوترونية. اليوم ، يستخدم علماء الفيزياء الفلكية نموذج العمل الذي اقترحه علماء الفيزياء النووية لدراسة مثل هذه الأشياء.
من المفترض أن يتم تحويل المادة النجمية إلى سائل نيوتروني ، سائل فائق السمية نتيجة للانهيار. يتم تسهيل ذلك من خلال جذب جاذب ضخم ، والذي يمارس ضغطًا مستمرًا على المادة. تسمى هذه "المادة النووية السائلة" بالغاز المنحل وأكثف 1000 مرة من الماء. تتكون ذرات الغاز المنحل من نواة وإلكترونات تدور حوله. مع النترونات ، يختفي الفراغ الداخلي للذرات تحت تأثير قوى الجاذبية. تندمج الإلكترونات مع النواة ، وتشكل نيوترونات. استقرار المادة الفائقة يعطي الجاذبية الداخلية. خلاف ذلك ، سوف تبدأ سلسلة من ردود الفعل لا محالة ، يرافقه انفجار نووي.
أقرب إلى الحافة الخارجية للنجم ، وانخفاض درجة الحرارة والضغط. نتيجة للعمليات المعقدة ، يحدث "تبريد" مادة النيوترون ، والتي يتم من خلالها إطلاق نوى الحديد بشكل مكثف. الانهيار والانفجار اللاحق هو مصنع للحديد الكواكب ، والذي يتم توزيعه في الفضاء الخارجي ، ليصبح مادة بناء خلال تكوين الكواكب.
إن اندلاع المستعرات الأعظمية هو أن الأرض تدين بحقيقة وجود جسيمات الحديد الكوني في تركيبها وهيكلها.
إذا نظرنا بشكل مشروط في بنية نجم نيوتروني في المجهر ، يمكننا تمييز خمس طبقات في بنية الكائن:
- جو الكائن
- النباح الخارجي.
- الطبقات الداخلية
- قلب خارجي
- النواة الداخلية للنجم النيوتروني.
إن الغلاف الجوي لنجم نيوتروني يبلغ سمكه بضعة سنتيمترات فقط وهو الطبقة الأقل سمكًا. وفقا لتكوينه ، فهي طبقة البلازما المسؤولة عن الإشعاع الحراري للنجم. يأتي بعد ذلك اللحاء الخارجي ، الذي يبلغ سمكه عدة مئات من الأمتار. بين القشرة الخارجية والطبقات الداخلية هو عالم غاز الإلكترون المنحل. أعمق إلى مركز النجم ، وأسرع هذا الغاز يصبح النسبية. بعبارة أخرى ، ترتبط العمليات التي تحدث داخل النجم بانخفاض في جزء النواة الذرية. يزداد عدد النيوترونات الحرة. تمثل المناطق الداخلية للنجم النيوتروني القلب الخارجي ، حيث تستمر النيوترونات في التعايش مع الإلكترونات والبروتونات. يبلغ سمك هذه الطبقة من المادة عدة كيلومترات ، في حين أن كثافة المادة أعلى بعشر مرات من كثافة النواة الذرية.
كل هذا الحساء الذري موجود بسبب درجات الحرارة الضخمة. في وقت انفجار سوبرنوفا ، درجة حرارة النجم النيوتروني هي 1011K. خلال هذه الفترة ، يحتوي الجسم السماوي الجديد على لمعان أقصى. مباشرة بعد الانفجار ، مرحلة التبريد السريع ، تنخفض درجة الحرارة إلى 109 كيلو في غضون دقائق قليلة. في وقت لاحق ، يتباطأ عملية التبريد. على الرغم من أن درجة حرارة النجم لا تزال مرتفعة ، فإن سطوع الكائن يتناقص. يستمر النجم في التوهج فقط بسبب الأشعة الحرارية والأشعة تحت الحمراء.
نيوترون ستار التصنيف
هذا التكوين المحدد للمادة النجمية النووية يسبب كثافة نووية عالية لنجم نيوتروني يبلغ 1014-1015 غم / سم مكعب ، في حين أن متوسط حجم الجسم الناتج لا يقل عن 10 ولا يزيد عن 20 كم. وتستقر زيادة أخرى في الكثافة بواسطة قوى التفاعل النيوترونية. وبعبارة أخرى ، فإن الغاز النجمي المتدهور في حالة توازن ، مع الحفاظ على النجم من الانهيار التالي.
وأصبحت الطبيعة المعقدة للأجسام الفضائية مثل النجوم النيوترونية هي السبب في التصنيف اللاحق الذي يفسر سلوكها ووجودها في الكون الشاسع. المعلمات الرئيسية التي يقوم على أساسها التصنيف هي فترة دوران النجم وحجم المجال المغناطيسي. في أثناء وجوده ، يفقد النجم النيوتروني طاقته الدورانية ، ويقل المجال المغناطيسي للجسم. تبعا لذلك ، يمر الجسم السماوي من دولة إلى أخرى ، من بينها أكثر الخصائص المميزة هي الأنواع التالية:
- النغمات الراديوية (القاذفات) هي كائنات لها فترة دوران قصيرة ، ولكن شدة المجال المغنطيسي تظل كبيرة إلى حد كبير. الجسيمات المشحونة ، التي تقوم بحركة على طول حقول القوة ، تترك قوقعة النجم في المنحدرات. يقوم الجسم السماوي من هذا النوع بطرد الكون بشكل دوري من خلال نبضات راديوية ثابتة في مدى التردد اللاسلكي ؛
- نجم نيوتروني - المروحة. في هذه الحالة ، يحتوي الكائن على سرعة دوران منخفضة للغاية ، ومع ذلك ، فإن المجال المغناطيسي ليس لديه القوة الكافية لجذب عناصر المادة من الفضاء المحيط. النجم لا يشع نبضات ، لا يحدث تراكم في هذه الحالة (سقوط المادة الكونية) ؛
- النجم النابض بالأشعة السينية (accretor). مثل هذه الأجسام لها سرعة دوران منخفضة ، ولكن نظرًا للحقل المغناطيسي القوي ، تمتص المادة بشكل مكثف مادة من الفضاء الخارجي. ونتيجة لذلك ، في الأماكن التي تقع فيها المادة النجمية على سطح نجم نيوتروني ، تتراكم البلازما وتسخن إلى ملايين الدرجات. هذه النقاط على سطح الجسم السماوي تصبح مصادر إشعاع حراري ، أشعة سينية نابضة. مع ظهور تلسكوبات لاسلكية قوية قادرة على النظر إلى أعماق الفضاء في الأشعة تحت الحمراء وأشعة إكس ، أصبح من الممكن اكتشاف الكثير من النجوم النابضة بالأشعة السينية التقليدية بسرعة ؛
- geotator هو كائن له سرعة دوران منخفضة ، في حين أن المادة النجمية تتراكم على سطح النجم نتيجة للتراكم. يمنع المجال المغناطيسي القوي تكوين البلازما في الطبقة السطحية ، ويكسب النجم كتلته تدريجيا.
وكما يتبين من التصنيف الحالي ، فإن كل نجم من النجوم النيوترونية يتصرف بشكل مختلف. من هذه الأساليب المختلفة لاكتشافهم يتبع ، ومن الممكن أن يكون مصير هذه الأجرام السماوية مختلفًا في المستقبل.
مفارقات ولادة نجم نيوتروني
إن النسخة الأولى التي تفيد بأن النجوم النيوترونية هي نتاج انفجار سوبرنوفا ليست مسلمة اليوم. هناك نظرية أنه يمكن استخدام آلية أخرى هنا. في النظم ذات النجوم المزدوجة ، يصبح الأقزام البيض طعامًا لنجوم جديدة. تتدفق المادة النجمية تدريجيًا من جسم فضائي إلى آخر ، مما يزيد كتلته إلى حالة حرجة. بعبارة أخرى ، في المستقبل ، أحد الزوجين القزم الأبيض هو نجم نيوتروني.
في كثير من الأحيان ، نجم نجم نيوتروني واحد ، يجري في بيئة قريبة من مجموعات النجوم ، يحول انتباهه إلى أقرب الجيران. يمكن أن تكون صحبة النجوم النيوترونية أي نجوم. هذه الأزواج تحدث في كثير من الأحيان. عواقب هذه الصداقة تعتمد على كتلة الرفيق. إذا كانت كتلة الرفيق الجديد صغيرة ، فسوف تتراكم المادة النجمية المسروقة في صورة قرص تراكمي. هذه العملية ، مصحوبة بفترة دوران كبيرة ، ستؤدي إلى حقيقة أن الغاز النجمي سوف يرتفع إلى درجة حرارة تصل إلى مليون درجة. النجم النيوتروني سوف يشتعل مع تدفق الأشعة السينية ، ليصبح نجم نابضًا بالأشعة السينية. هذه العملية لها طريقتان:
- يبقى النجم في الفضاء جسم سماوي ممل.
- يبدأ الجسم في إصدار ومضات الأشعة السينية قصيرة (البنادق).
خلال ومضات الأشعة السينية ، يزداد سطوع النجم بسرعة ، مما يجعل هذا الكائن أكثر إشراقا من الشمس بألف مرة.
تاريخ دراسة النجوم النيوترونية
أصبحت النجوم النيوترونية اكتشاف النصف الثاني من القرن العشرين. في السابق ، كان من المستحيل تقنياً اكتشاف مثل هذه الأشياء في مجرتنا وفي الكون. ولم يسمح الضوء الخافت والحجم الصغير لهذه الأجسام السماوية بالكشف عنها باستخدام التلسكوبات البصرية. على الرغم من عدم وجود اتصال مرئي ، تم توقع وجود مثل هذه الأشياء في الفضاء نظريا. ظهرت النسخة الأولى من وجود النجوم ذات الكثافة الهائلة مع إيداع العالم السوفيتي L. Landau في عام 1932.
بعد عام ، في عام 1933 ، حول المحيط ، تم الإدلاء ببيان جدي حول وجود نجوم ذات بنية غير عادية. وضع علماء الفلك فريتز زويكي ووالتول Baade نظرية راسخة مفادها أن النجم النيوتروني يبقى دائماً في موقع انفجار سوبرنوفا.
في ستينيات القرن العشرين ، أصبح الاختراق في الملاحظات الفلكية واضحًا. تم تسهيل ذلك من خلال ظهور تلسكوبات الأشعة السينية القادرة على اكتشاف مصادر الأشعة السينية السينية في الفضاء. باستخدام نظرية وجود مصادر إشعاع حراري قوي في الفضاء ، توصل علماء الفلك إلى أننا نتعامل مع نوع جديد من النجوم. كانت هناك إضافة مهمة لنظرية وجود النجوم النيوترونية هو اكتشاف النجوم النابضة في عام 1967. اكتشفت جوسلين بيل الأمريكية ، باستخدام معداته اللاسلكية ، إشارات لاسلكية قادمة من الفضاء. كان مصدر الموجات الراديوية عبارة عن جسم دوار بسرعة يعمل كمنارة لاسلكية ، يرسل إشارات في جميع الاتجاهات.
مثل هذا الجسم لديه بالتأكيد سرعة دوران عالية ، والتي ستكون قاتلة لنجم عادي. أول بولسار ، اكتشفه علماء الفلك ، هو PSR В1919 + 21 ، وتقع على مسافة 2283.12 sv. سنوات من كوكبنا. وفقا للعلماء ، فإن أقرب نجم نيوتروني إلى الأرض هو الجسم الفضائي RX J1856.5-3754 ، الموجود في كوكبة جنوب كورونا ، والذي افتتح في عام 1992 في مرصد شاندرا. المسافة من الأرض إلى أقرب نجم نيوتروني هي 400 سنة ضوئية.
