الحياة السرية للنجوم النيوترونية

هناك الكثير من التفاصيل حول جسمين بعيدين ، خاصة إذا كنت تفكر في أن علماء الفيزياء الفلكية لاحظوا بشكل مباشر نهايتهم شديدة العنف فقط. أعاد الفريق بناء مدينة من كومة من الغبار. لاستنتاج الكثير من القليل جدًا ، قاموا بدمج ملاحظات النجوم النيوترونية مع الرؤى المستمدة من دراسة النجوم والمجرات الأخرى ، مما أدى إلى إنشاء عملاق من نموذج رياضي لكل من النجوم المرصودة والنجوم الافتراضية. يحتوي النموذج على أوصاف تفصيلية لدرجة الحرارة والتركيب الكيميائي وميزات أخرى لـ 250.000 نوع مختلف من النجوم ، من داخلها إلى أسطحها ، وكيف تتغير هذه الخصائص مع احتراق كل نجم للوقود وموت في النهاية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للنموذج محاكاة مجرات بأكملها ، كل منها يحتوي على مجموعات متعددة من النجوم من مختلف الأعمار والتركيبات الكيميائية.

ومن أجل الكشف عن ماضي النجوم النيوترونية المندمجة ، عملت ستافاريت وزملاؤها على تكرار البيانات المرصودة للنجوم النيوترونية في نموذجهم ، والتي يمكن أن تخبرهم بعد ذلك بالسيناريوهات الأكثر احتمالاً لما حدث قبل اندماج النجمين. على سبيل المثال ، خلصوا إلى أن النجوم تشاركت مظروفًا عدة مرات بسبب المدة التي استغرقها الجسمان للتصادم. عندما يندمج مغلفان من النجوم الثنائية ، فإن الغازات الموجودة في هذا الغلاف المشترك تخلق قوة سحب تبطئ مدار النجوم ، مما يتسبب بعد ذلك في دوران النجوم باتجاه بعضها البعض ، مما يؤدي إلى تقليص المسافة بينهما بسرعة. للاندماج بأسرع ما فعلت النوى المتبقية ، احتاجت النجوم إلى مشاركة المغلفات عدة مرات.

يعتمد العمل على هذا الاندماج بين النجوم النيوترونية على عقود من البحث في علم الفلك. بدأ زملاء ستابانت في صياغة نموذجهم للنجوم منذ 15 عامًا لدراسة الأجرام السماوية في المجرات البعيدة للغاية ، كما يقول يان إلدريدج ، محاضر في الفيزياء الفلكية بجامعة أوكلاند وأحد المتعاونين مع ستابانت. يقول إلدريدج: “عندما أنشأنا هذا لأول مرة ، كنا على بعد سنوات من اكتشاف موجات الجاذبية”. هذا النموذج البالغ من العمر 15 عامًا ، بدوره ، مبني على نماذج النجوم التي صنعها علماء الفلك في السبعينيات. يوضح العمل العملية العلمية الطويلة ، الملتوية في كثير من الأحيان: أجيال من علماء الفلك ، يعملون على أسئلة عرضية حول النجوم ، ويساهمون عن غير قصد في اكتشاف جديد بعد عقود.

بالإضافة إلى ذلك ، جعلت Stibility وفريقها عملهم مفتوح المصدر ، مما مكّن باحثين إضافيين من إرجاع عقارب الساعة في نشاط نجمي آخر. يمكن للباحثين استخدام إطار العمل لدراسة المستعرات الأعظمية ، الانفجارات الرائعة للنجوم الضخمة ، كما يقول بيتر بلانشارد من جامعة نورث وسترن ، الذي لم يشارك في العمل. نظرًا لأن علماء الفيزياء الفلكية يدرسون المزيد من هذه الأنواع المختلفة من الانفجارات ، والتي يُتوقع أن تنتج أنواعًا عديدة من العناصر الثقيلة ، فيمكنهم تفسير مكان نشأة جميع العناصر في الكون بشكل أفضل. من المحتمل أن موت النجوم أدى إلى تشكيل الذهب واليورانيوم اللذين سيتحدان في النهاية مع عناصر أخرى في تكوين الأرض ، قبل مليارات السنين من تحويلهما إلى مجوهرات أو أسلحة.

للتنبؤ بعلم الأنساب للنجوم النيوترونية ، كان على نموذج Stibility أيضًا أن يستنتج خصائص المجرة التي استضافتها ، مثل أنواع العناصر التي تحتويها المجرة وما إذا كانت موزعة بشكل موحد في جميع أنحاءها. ستوجه هذه المعرفة إلى أين يمكن البحث عن عمليات اندماج أخرى في المستقبل ، كما يقول عالم الفيزياء الفلكية هسين يو تشين من جامعة تكساس في أوستن ، والذي لم يشارك في هذا العمل.

إذا تمكن الباحثون من العثور على المزيد من عمليات اندماج النجوم النيوترونية ، فإن تشين يريد استخدامها لمعرفة مدى سرعة توسع الكون ، وهو أمر ضروري لحساب عمره. يستطيع تشين استخدام إشارة موجة الجاذبية الخاصة بالاندماج لحساب المسافة من الأرض إلى تلك النجوم النيوترونية. بعد ذلك ، من خلال تحليل الضوء المنبعث من الاندماج ، يمكنها تقدير مدى سرعة تحرك النجوم النيوترونية بعيدًا – مما يوفر معدل التمدد. قام علماء الفيزياء الفلكية حتى الآن بحساب معدلين متعارضين لتوسع الكون باستخدام طرق مختلفة ، لذلك يرغبون في ملاحظة المزيد من الاندماجات لمحاولة التوفيق بين الصراع.

من المقرر أن يعود تعاون مرصد الموجات الثقالية بالليزر ، الذي اكتشف اندماج النجوم النيوترونية باستخدام كاشفين له في ولايتي واشنطن ولويزيانا ، على الإنترنت في مايو 2023 بعد عامين من الترقيات. عندما يحدث ذلك ، يتوقع الباحثون اكتشاف 10 اندماجات للنجوم النيوترونية سنويًا – والتي ينبغي أن توفر الكثير من الفرص للتعمق في الأسئلة المتعلقة بعمر الكون. يقول بلانشارد: “سيكون الأمر مثيرًا للغاية في السنوات القليلة المقبلة”. لقد كانت أيضًا بضعة مليارات من السنين مثيرة للغاية.