عکس های زیبا

توجیه خصوصیات و رفتارهای عجیب و دوگانه سیاه چاله‌ها و ستارگان نوترونی
نویسنده : مهدی - ساعت ۱۱:٠٢ ‎ب.ظ روز شنبه ٧ دی ۱۳۸٧
 

توجیه خصوصیات و رفتارهای عجیب و دوگانه سیاه چاله‌ها و ستارگان نوترونی  


یادآوری: منظور ما از جرم نوترونی در این مبحث ، یک سیاه چاله و یا یک ستاره نوترونی میباشد .

1- تاثیرات دوران(سرعت زاویه‌ای) بر شکل هندسی(حجمی) یک جرم نوترونی:

شکل هندسی واقعی یک جرم نوترونی ، بسته به سرعت دوران ( سرعت زاویه‌ای ) از یک کره تا یک تورس ( Torus ) متغیر است ، یعنی اشکال زیر !
 

 

علت اختیار شکل تورس برای بعضی از اجرام نوترونی این است که سرعت دوران بعضی از آنها آنقدر زیاد است که نیروی گریز از مرکز باعث پخ و تو خالی شدن آنها میشود ، سرعت دوران بعضی از آنها چند هزار دور در ثانیه تخمین زده میشود و سرعت حرکت بعضی از ستارگان نوترونی 4000 کیلومتر در ثانیه اندازه گیری شده است . اجرام نوترونی میتوانند در مشخصات فیزیکی بسیار متنوع و گوناگون باشند

یک ستاره نوترونی در هر ثانیه بیش از 1120 بار دور خود می‌چرخد.

به گزارش سایت اینترنتی "space.com"، این ستاره نوترونی در حقیقت بقایای سوخته ستاره عظیمی است که هم اکنون به چگالی بسیار زیادی دست یافته که این میزان چگالی پیش از این تنها در سیاه چاله‌ها مشاهده شده است .

به گفته ستاره شناسان ، چگالی این ستاره نوترونی به اندازه‌ای زیاد است که برای درک آن باید بتوانیم تمامی جرم ستاره خورشید را در منطقه‌ای به ابعاد یک شهر جای بدهیم . ماده در این ستاره به اندازه‌ای فشرده شده است که تنها جرمی برابر با یک بند انگشت از این ستاره ، در کره زمین صدها بیلیون تن وزن خواهد داشت .

ستاره شناسان عقیده دارند دلیل چرخش دورانی سریع این ستاره ، تمرکز شدید تمامی انرژی حرکتی آن است . در این ستاره نوترونی که خود بازمانده یک ستاره عظیم است، هر از چند گاهی انفجارهای حرارتی - هسته‌ای بزرگی رخ می‌دهد و پرتوهای اشعه ایکس از آن منتشر می‌شوند . هم اکنون ستاره شناسان آژانس فضایی اروپا با استفاده از ماهواره‌ی "اینتگرال" این سازمان با مشاهده همین انفجارها موفق به اندازه گیری سرعت چرخش این ستاره ، به نام XTE J1739-285 شده‌اند .

ستاره مذکور هم اکنون با سرعت 1120 چرخش در هر ثانیه ، دور محور خود می‌گردد . بیشترین رکورد ثبت شده برای چرخش وضعی ستاره‌ها پیش از این به ستاره نوترونی دیگری تعلق داشت که در هر ثانیه 760 بار دور خود می‌چرخید .

به گفته "اریک کولکرز" دانشمند آژانس فضایی اروپا ، سرعت چرخش این ستاره بیشتر از میزانی است که ما در گذشته تصور می‌کردیم که ممکن است برای یک ستاره اتفاق بیافتد و به همین علت باید مشاهدات بیشتری برای تایید سرعت چرخش ستاره مذکور انجام شود .

دانشمندان عقیده دارند ، سرعت چرخش ستاره‌ها دارای یک حد بالای نهایی است که چنانچه سرعت چرخش یک ستاره از آن بالاتر رود ، ستاره از هم می‌پاشد .

با این وجود از آنجا که ساختار ستاره‌های نوترونی هنوز دقیقا مشخص نیست ، دانشمندان نیز نمی‌توانند حد بالای سرعت چرخش دورانی این ستاره‌ها را تعیین کنند . به غیر از ستاره‌های نوترونی ، برخی سیاه چاله‌ها نیز از جمله اجرام آسمانی عظیم با سرعت چرخش وضعی بالا هستند . سال میلادی گذشته ستاره شناسان موفق به کشف سیاه چاله‌ای شدند که با سرعت 950 دور در ثانیه حول خود می‌چرخد . برای مقایسه ، ستاره خورشید در منظومه شمسی با سرعتی بسیار کمتر و در هر 36 روز تنها یک بار حول محور خود می‌چرخد . "

با توجه به این چنین سرعتهای دورانی بالایی برای یک جرم نوترونی ، می‌توان با در نظر گرفتن نیروی گریز از مرکز وارده بر پیکره آن و مقاومت بسیار زیاد شبکه نوترونی ، برای سرعتهای بیشتر از 1000 دور در ثانیه شکل زیر را تصور نمود:

 

2- بار الکتریکی یک جرم نوترونی

مقادیر زیادی از الکترونها قبل از انفجار یک ستاره در سطح آن تجمع کرده و با انفجار ستاره همراه با پوسته آن به بیرون پرتاب میشوند . در این وضعیت توازن مابین تعداد الکترونها و پروتونها در ستاره به هم خورده و تعداد پروتونها بیشتر از تعداد الکترونها میشود که به دنبال آن نوترون کمتری تولید میشود و مقدار بسیار زیادی از پروتونها همراه نوترونها تشکیل یک جرم متحد را میدهند و همانطور که میدانیم در هسته عناصر به اندازه عدد اتمی عنصر ، پروتون وجود دارد و الکترون مازادی در ستارگان وجود ندارد که آنها را تبدیل به نوترون کند ، بدیهی است که این پروتونها به علت داشتن دافعه الکتریکی نسبت به یکدیگر ، در سطح بیرونی جرم نوترونی تجمع خواهند کرد که بار الکتریکی مثبت جرم نوترونی را فوق‌العاده زیاد خواهند نمود .  

به هر حال می‌توان سه لایه کلی برای جرم نوترونی در نظر گرفت:

1- هسته مرکزی، متشکل از نوترون‌های خالص

2- لایه میانی، مخلوطی از نوترونها و پروتونها

3- لایه خارجی، پروتون خالص ، به شکل زیر توجه نمایید

پوسته قرمز رنگ بیانگر تجمع پروتونهای خالص در سطح خارجی یک جرم نوترونی دوار است که جهت درک موضوع به مقدار 30 درجه برش خورده است.
 

3 - میدان الکتریکی، گرانشی و مغناطیسی یک جرم نوترونی دوار(در حال چرخش)
 

در شکل فوق جرم نوترونی از بالا و در حال چرخش موافق عقربه‌های ساعت نشان داده میشود ، مارپیچ یا دوایر سبز رنگ بیانگر انحنا یا دوران میدان گرانشی موافق عقربه‌های ساعت است ، برای اینکه به صورت قراردادی امتداد بردارها یا نیروهای گرانشی را از خارج به طرف مرکز میدان در نظر می‌گیریم و مارپیچ یا دوایر قرمز رنگ ، بیانگر دوران میدان الکتریکی موافق عقربه‌های ساعت است که با توجه به جهت میدان الکتریکی مثبت ، جهت اصلی میدان الکتریکی مخالف جهت چرخش عقربه‌های ساعت خواهد شد . در شکل فوق جهت میدان گرانشی و میدان الکتریکی مخالف یکدیگر شکل می‌گیرند .
 

شکل فوق جرم نوترونی قبلی را از پهلو نشان میدهد ، خطوط آبی رنگ ، بیانگر میدان مغناطیسی حاصل از دوران میدان الکتریکی است و این میدان مغناطیسی به واسطه وجود میدان الکتریکی و گرانشی فوق‌العاده قوی و شدید جرم نوترونی ، از کناره‌ها بریده و یا اینکه به شدت خم شده است و بعد از خوابیدن بر میدان الکتریکی و گرانشی به صورت موازی در آمده است .

شکل فوق نمای پرسپکتیو همان جرم دوار نوترونی را نشان میدهد ، مارپیچ‌های بنفش رنگ که جهت تاب خوردن آنها هم جهت با دوران میدان الکتریکی است ، مسیر ورود ( سقوط ) ذرات باردار منفی به داخل جرم نوترونی و همچنین خروج ( پرتاب ) ذرات باردار مثبت را نشان میدهد ، برای اینکه ما به صورت قراردادی امتداد نیروها و یا بردارهای میدان الکتریکی مثبت را از داخل به خارج میدان در نظر می‌گیریم . برای واضح بودن رسم ، فقط یک سطح از سه میدان گرانشی ، الکتریکی و مغناطیسی رسم شده است و میتوانیم شکل فوق را در تمامی ابعاد توسعه دهیم . در حقیقت چنین به نظر میرسد که یک جرم نوترونی باردار دوار برای ذرات باردار همانند یک شتاب دهنده فوق‌العاده قوی نجومی عمل میکند و یک ابر جت مکش و پرتاب ذرات باردار در فضاست ،
 

ولی یک جرم نوترونی برای نوترونها صرفا جذب کننده به نظر میرسد ، و علت آن این است که قدرت میدان الکتریکی و مغناطیسی یک جرم نوترونی باردار به مراتب بیشتر از قدرت میدان گرانشی آن است و در این حالت بخصوص ، گرانش جرم نوترونی نمی‌تواند آنچنان بر ذرات باردار تاثیر گذار باشد ، بلکه در نهایت این میدان الکترومغناطیسی جرم نوترونی است که میتواند برای ذرات باردار تاثیر گذار باشد . یک جرم نوترونی دوار ، همچون شتاب دهنده مغناطیسی ( مداری یا چرخشی ) به ذرات باردار انرژی و شتاب می‌دهد ، پدیده‌ای است که مشاهده شده و آن را پارادوکس ( تناقض ) بزرگ اجرام نوترونی می‌شناسند و علت آن این است که ، زمانی که نور توان فرار از گرانش جرم نوترونی را ندارد چگونه ذرات باردار توان فرار از میدان گرانش را خواهند داشت ؟ که با توجه به توضیحات فوق ، مسئله‌ای کاملا ساده و طبیعی به نظر رسیده و نمی‌تواند تناقضی با ساختار فیزیکی یک جرم نوترونی باردار داشته باشد . گازهایی که وارد میدان گرانشی میشوند بعد از به چرخش در آمدن به دور جرم نوترونی ، به مرور زمان واکنش هسته‌ای انجام داده و بعد از تولید و انتشار امواج الکترومغناطیسی که بیشتر به صورت اشعه ایکس است به طرف مرکز حرکت و بعد از تبدیل شدن به نوترون ، همراه پروتونها جذب جرم نوترونی شده که در این حالت مقداری از پروتونها با سرعتی نزدیک به سرعت نور به خارج پرتاب میشوند ، آنهم به صورت مارپیچی و دورانی .
 

4 - سرعت حرکت اجرام نوترونی

ساختار فیزیکی که یک جرم نوترونی دارد میتواند به آن شتاب و سرعت فوق‌العاده‌ای بدهد، یعنی چیزی نزدیک به 4000 کیلومتر در ثانیه و حتی بیشتر از آن.

5- شناسایی اجرام نوترونی

بخاطر خاصیت جذب نور ، تشخیص اجرام نوترونی بسیار مشکل است و مهمترین راهی که به کیهان شناسان امکان شناسایی آنها را می‌دهد ، مشاهده دیسک تجمعی است . نکته زیبا اینجاست که گازها و مواد قسمتهای داخلی دیسک ، سریعتر از گاز نواحی دور دست می چرخند و در واقع سرعت قسمتهای مختلف دیسک متفاوت است . لذا گازها تحت اصطکاک ، مالش و یونیزه شدن و برخورد شدید با یکدیگر در میادین گرانشی و الکتریکی ، بسیار داغ شده و از خود انواع مختلفی از تشعشعات حامل انرژی را ساطع میکنند و یک منبع نیرومند پرتو x را تشکیل می‌دهند که توسط تلسکوپهای امواج x قابل رویت می‌باشد . علاوه بر امواج ایکس از طریق وجود لنزهای گرانشی ، و ستاره‌ای در حال چرخش به دور یک شی غیر قابل رویت نیز می توان به وجود اجرام نوترونی در یک منطقه از فضا پی‌برد . به طور کلی اجرام نوترونی در دو نوع چرخان و تقریبا غیر چرخان وجود دارند و بعضی از آنها که به سیاه چاله‌های کهکشانی موسومند در داخل یک مرکز ( هسته ) کهکشان تشکیل می‌شوند . شواهدی از وجود این اجرام در قلب کهکشانها در دست است.

لازم به توضیح است ، همانطور که قبلا در مورد دوران میادین گفته شد با دوران یک جرم نوترونی ، میدان گرانشی آن نیز دوران کرده و به صورت منحنی دایره‌ای شکل در می‌آید که ستاره مجاور ( همدم ) آن مجبور است بدون اینکه جذب مرکز گرانش شود به دور جرم نوترونی به چرخش درآید و باریکه‌ای از گاز ستاره به صورت مارپیچ به طرف جرم نوترونی سقوط کند که مطالعه ساختار اجرام نوترونی میتواند پدیده دوران میادین را مشخص و معلوم کند.

 

دیسک تجمعی در پیرامون یک جرم نوترونی دوار ، منطقه‌ای بسیار شگفت انگیز میباشد ، برای اینکه اتم‌های یونیزه شده از یک طرف تحت تاثیر نیروی جاذبه گرانشی قرار می‌گیرند و از طرف دیگر نیروی دافعه الکتریکی بر آنها اعمال میشود که سر انجام نهایی فرآیند ، حرارتهای خیلی بالا به علت اصطکاکی است که میتوان اسم این پدیده را اصطکاک گرانشی الکترومغناطیسی نامید که میتواند از شدت میدان الکتریکی ذرات باردار کاسته و آنها را جذب هسته سیاه‌چاله نماید.

6 - پالسار یا پولسار چیست ؟
پالسار نوعی ستاره نوترونی است با این تفاوت که دارای اسپین و چرخش است . اینها در حوضه پرتوی ایکس اشعه ساطع می‌کنند که به صورت مخروطی سو سو زنان مشاهده می‌شوند این چرخش‌ها باعث می‌شود که میدان مغناطیسی آن نیز به موازات آن دارای اسپین باشد . موضوع جالب دیگر در زمینه این ستاره‌های نوترونی حرکت سریع آنها در فضا است .

7 - معمای تابش اجرام نوترونی
اخترشناسان به رفتار عجیب و بیگانه اجرام نوترونی عادت کرده‌اند ، اما آنان در رویای‌شان نیز کشف اخیر در مورد اینگونه از ستارگان را پیش بینی نمی‌کردند . در مقاله‌ای در مجله طبیعت (Nature) ، یک گروه بین‌المللی از محققان اعلام کرده‌اند که این باقیمانده‌های ستاره‌ای ، گاهی امواج رادیویی بسیار قوی تابش می‌کنند . این تابش‌ها تنها کسری از ثانیه طول می‌کشند . این نوع تابش از قوی‌ترین منابع امواج رادیویی در آسمان محسوب می‌شود ، حتی قوی‌تر از خورشید

منبع:محمدرضا طباطبایی

ki2100.com/physics/black-hole.htm
articles.ir

نقل از انجمن علمی پردیس کوروش کبیر


 
comment نظرات ()