ستاره های نوترونی چه هستند؟

ستاره های نوترونی بقایای هسته ستاره‌های عظیمی هستند که عمرشان به پایان رسیده است. آن‌ها در کنار سیاهچاله‌ها، یکی از دو نقطه پایانی احتمالی تکامل پرجرم‌ترین ستاره‌ها هستند. ستاره های نوترونی جدای از هر آ‌ن‌چه در دل سیاهچاله وجود دارد، چگال‌ترین اجرام ستاره‌ای و از عجیب‌ترین اجرام آسمانی هستند. ناسا تخمین می‌زند که بیش از یک میلیارد ستاره نوترونی در کهکشان راه شیری وجود داشته باشد. بیشتر ستاره های نوترونی که کشف شده‌اند، ستاره‌های جوانی هستند که در حین چرخش با سرعتی باورنکردنی، تابش پرانرژی خود را روی زمین می‌پاشند. ستاره های نوترونی قدیمی‌تر که میلیاردها سال برای کند شدن چرخش و سرد شدن فرصت داشته‌اند، کمتر به چشم می‌آیند ولی همچنان جذاب هستند.

وقتی هیدروژن ستاره تمام می‌شود و دیگر چیزی برای همجوشی با هلیوم باقی نمی‌ماند، سوخت هسته‌ای آن تمام می‌شود و به پایان توالی اصلی زندگی خود می‌رسد. انرژی به سمت بیرون متوقف می‌شود و گرانش رو به درون پیروز می‌شود، در نتیجه هسته ستاره در خود فرو می‌ریزد. همان‌ طور که این اتفاق می‌افتد، همجوشی هسته‌ای در پوسته بیرونی ستاره ادامه دارد که باعث می‌شود لایه‌های بیرونی پف کنند. این لایه‌های بیرونی در اطراف هسته در حال فروپاشی خنک می‌شوند که اگر به ‌اندازه کافی عظیم باشد، دور جدیدی از همجوشی هسته‌ای آغاز می‌شود و هلیوم را به عناصر سنگین‌تری مانند کربن تبدیل می‌کند.

حتی ستاره‌هایی با جرمی بین ۱۰ تا ۲۰ برابر خورشید برای ایجاد عناصر سنگینی با این روش محدودیت دارند و همجوشی جدید آن‌ها معمولا به هسته‌ای از آهن تقریبا خالص ختم می‌شود. حتی این عنصر سنگین نیز به ‌اندازه کافی متراکم نیست تا از فروپاشی بیشتر هسته‌های عظیم جلوگیری کند. وقتی این اتفاق می‌افتد، فشار گرانشی به‌ قدری شدید است که الکترون‌های با بار منفی و پروتون‌های با بار مثبت که هسته‌های آهن این هسته ستاره‌ای را تشکیل می‌دهند، با هم برخورد کرده و دریایی از نوترون‌های بدون بار یا خنثی ایجاد می‌کنند.

بعضی از هسته‌های عظیم ستاره‌ای در این نقطه توسط پدیده کوانتومی به نام «فشار انحطاط نوترونی»، از فروپاشی بیشتر نجات می‌یابند. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که چگالی به‌ حدی زیاد شود که نوترون‌ها دیگر نتوانند به هم نزدیک‌تر شوند و در نتیجه، به ستاره‌های نوترونی تبدیل می‌شوند.

قطر ستاره های نوترونی حدود ۱۲ مایل (۲۰ کیلومتر) و به ‌اندازه یک شهر است! تلسکوپ‌هایی مانند NICER و XMM-Newton به ما کمک می‌کنند شعاع ستاره های نوترونی را از طریق پرتو ایکس تعیین کنیم. ما می‌دانیم که بیشتر ستاره های نوترونی در کهکشان ما به اندازه جرم خورشید هستند، با این‌ حال هنوز مطمئن نیستیم که بیشترین جرم یک ستاره نوترونی چقدر است. بعضی از آن‌ها حدود دو برابر خورشید جرم دارند و احتمال می‌دهیم حداکثر جرمشان حدود ۲.۲ تا ۲.۵ برابر جرم خورشید باشد. دلیل نگرانی ما درباره حداکثر جرم یک ستاره نوترونی این است که مشخص نیست ماده در چنین محیط‌های شدید و متراکمی چگونه رفتار می‌کند. بنابراین باید از یافته‌های مربوط به ستاره های نوترونی مانند جرم و شعاع، در ترکیب با نظریه‌ها برای بررسی مرزهای بین پرجرم‌ترین ستاره های نوترونی و کم‌جرم‌ترین سیاهچاله‌ها استفاده کنیم.

چه چیزی ستاره‌های نوترونی را به یکی از قدرتمندترین رویدادهای جهان تبدیل می‌کند؟ ابرنواخترها به ستاره‌های نوترونی گره خورده‌اند، زیرا رویدادهای انفجاری هستند که آن‌ها را ایجاد می‌کنند. ستاره‌های نوترونی بسیار قدرتمند هستند، زیرا ستاره در مبارزه با گرانش شکست خورده است و در نهایت منفجر می‌شود! فرض بر این است که ابرنواخترهای ماورای نور بسیار درخشان هستند، زیرا مگنتار منبع انرژی برای انتشار نور اضافی است. همچنین انفجارهای پرتو گاما زمانی اتفاق می‌افتند که یک ستاره نوترونی با ستاره نوترونی دیگر یا احتمالا یک سیاه‌چاله برخورد می‌کند. این رویدادها بسیار قدرتمند هستند، زیرا شامل جدا شدن یک ستاره نوترونی و برخورد دو جرم بسیار پرجرم و متراکم با یکدیگر هستند.

در اصل یک ستاره نوترونی می‌تواند برای همیشه زندگی کند، زیرا یکی از آخرین حالت‌های یک ستاره پرجرم یعنی یک جسد ستاره‌ای است. با این‌ حال اگر یک همراه دوتایی داشته باشند، مانند یک ستاره نوترونی یا سیاهچاله دیگر، ممکن است در نهایت ادغام شوند و یک سیاهچاله یا یک ستاره نوترونی پرجرم‌تر ایجاد کنند.