الفيزيائيون يضعون الحدود على حجم النجوم النيوترونية

إن النجوم النيوترونية هي أكثر الكائنات كثافة في الكون،وقطرها يشبه مدينة فرانكفورت، حتى توصل الفيزيائيون لوضع الحدود على حجم النجوم النيوترونية

الفيزيائيون يضعون حدودًا على حجم النجوم النيوترونية

ما حجم النجم النيوتروني؟ التقديرات السابقة تختلف من ثمانية إلى 16 كيلومترا. نجح علماء الفيزياء الفلكية في جامعة جوته فرانكفورت و FIAS الآن في تحديد حجم النجوم النيوترونية إلى مسافة 1.5 كيلومتر باستخدام طريقة إحصائية متقنة مدعومة ببيانات من قياس موجات الجاذبية.
إن النجوم النيوترونية هي أكثر الكائنات كثافة في الكون ، مع كتلة أكبر من كتلة الشمس التي تتجمع في شكل كرة صغيرة نسبيًا ، ويشبه قطرها مدينة فرانكفورت. هذا هو في الواقع مجرد تقدير تقريبي ، ولكن. لأكثر من أربعين سنة ، كان تحديد حجم النجوم النيوترونية بمثابة الكأس المقدسة في الفيزياء النووية التي يوفر حلها معلومات مهمة عن السلوك الأساسي للمادة عند الكثافات النووية.

البيانات من الكشف عن موجات الجاذبية من دمج النجوم النيوترونية (GW170817) تقدم مساهمة مهمة في حل هذا اللغز. في نهاية عام 2017 ، استغل البروفيسور لوتشيانو ريزولا ، معهد الفيزياء النظرية في جامعة جوته فرانكفورت و FIAS ، مع طلابه إلياس موست ولوكاس ويه بالفعل هذه البيانات للإجابة على سؤال قديم حول الحد الأقصى من الكتلة التي يمكن للنجوم النيوترونية الدعم قبل الانهيار إلى ثقب أسود - وهي نتيجة أكدتها أيضًا مجموعات أخرى مختلفة حول العالم. بعد هذه النتيجة المهمة الأولى ، عمل الفريق نفسه ، بمساعدة البروفيسور يورغن شافنر - بيليش ، على وضع قيود أكثر صرامة على حجم النجوم النيوترونية.

جوهر المسألة هو أن معادلة الدولة التي تصف المادة داخل النجوم النيوترونية غير معروفة. لذلك قرر الفيزيائيون اتباع مسار آخر: اختاروا الأساليب الإحصائية لتحديد حجم النجوم النيوترونية ضمن حدود ضيقة. من أجل تحديد الحدود الجديدة ، قاموا بحساب أكثر من ملياري نموذج نظري للنجوم النيوترونية عن طريق حل معادلات أينشتاين التي تصف توازن هذه النجوم النسبية ودمجت مجموعة البيانات الكبيرة هذه مع القيود التي تأتي من كشف الموجة الجاذبية GW170817.

\"نهج من هذا النوع ليس غير معتاد في الفيزياء النظرية\" ، تقول ريزولا ، من خلال استكشاف النتائج لجميع القيم المحتملة للمعلمات ، يمكننا تقليل حالات عدم اليقين لدينا بشكل فعال\". ونتيجة لذلك ، تمكن الباحثون من تحديد نصف قطر نجم نيوتروني نموذجي ضمن نطاق يبلغ 1.5 كيلومتر فقط ، حيث يقع بين 12 و 13.5 كيلومتر ، وهي نتيجة يمكن تحسينها عن طريق عمليات الكشف عن الموجات الجاذبية في المستقبل.

يقول شافنر-بيليتش: \"مع ذلك ، هناك تطور لكل هذا ، حيث أن النجوم النيوترونية يمكن أن يكون لها حلول ثنائية\". في الواقع ، من الممكن أن تتغير المادة بكثافة عالية جداً وتغوص في ما يسمى \"مرحلة الانتقال\". وهذا يشبه ما يحدث للماء عندما يتجمد وينتقل من سائل إلى حالة صلبة. في حالة النجوم النيوترونية ، يتم تكهن هذا التحول لتحويل المادة العادية إلى \"مادة كوارك\" ، التي تنتج النجوم التي سيكون لها نفس الكتلة بالضبط مثل نجمهم \"النيوتروني\" ، ولكن ذلك سيكون أصغر بكثير وبالتالي أكثر إحكاما.

في حين لا يوجد دليل واضح لوجودها ، إلا أنها حلول معقولة ، وقد أخذ الباحثون من فرانكفورت هذا الاحتمال في الحسبان ، على الرغم من المضاعفات الإضافية التي ينطوي عليها التوأم . وفي نهاية المطاف ، أثمرت هذه الجهود لأن حساباتهم كشفت عن نتيجة غير متوقعة: النجوم المزدوجة نادرة من الناحية الإحصائية ولا يمكن تشويهها كثيرًا أثناء دمج اثنين من هذه النجوم. هذه نتيجة مهمة لأنها تتيح الآن للعلماء استبعاد وجود هذه الأجسام الصغيرة للغاية. وبالتالي ، فإن الملاحظات المستقبلية للجاذبية الموجية ستكشف ما إذا كانت النجوم النيوترونية تحتوي على توائم غريبة أم لا.

المصدر:-https://phys.org/news/2018-06-physicists-limits-size-neutron-stars.html

ترجمة:-Sabah F.Alwan