روز دوشنبه‌ی هفته‌ی پیش، ستاره‌شناسان اعلانیه‌ی جهانی بسیار مهمی داشتند. آن‌ها بازتابی از برخورد دو ستاره‌ی نوترونی شناسایی کرده‌اند.
این اکتشاف، دستاوردی دیگر برای لایگو (رصدخانهی تداخل لیزری امواج گرانشی) محسوب می‌شود. لایگو از دو سال گذشته با شناساندن ارتعاشاتی در فضا-زمان با عنوان امواج گرانشی، دریچه‌ای جدید به شناخت عالم گشوده است. قبل از این، لایگو توانسته سه بار ادغام سیاهچاله‌ها را نیز ثبت کند. دانشمندانی که به توسعه‌ی لایگو کمک کرده‌اند، جایزه‌ی نوبل ۲۰۱۷ در فیزیک را دریافت نمودند.
مقاله‌ی مرتبط: برندگان جایزه‌ی نوبل فیزیک ۲۰۱۷؛ اکتشاف امواج گرانشی
اکتشاف جدید نوع متفاوتی از این امواج را مشخص کرده که هم دیده می‌شوند و هم صدا دارند. در ادامه سعی می‌کنیم به برخی از سؤالات درباره‌ی این اتفاق بزرگ کیهانی جواب دهیم.
ستاره‌ی نوترونی چیست؟
یک قدم به عقب‌تر: ستاره‌ی نوترونی یعنی چه؟ مدل قدیمی که یادتان هست؛ اتم هسته‌ای متراکم و مثبت دارد که توسط ابر منفی از الکترون‌ها احاطه شده. در هسته دو نوع ذره وجود دارد: پروتون‌های مثبت و نوترون‌های خنثی.
ستاره‌ی نوترونی، همان طور که از نامش پیداست، ستاره‌ای است که عمدتاً از ذرات نوترونی تشکیل شده. طرز شکل‌گیری آن بدین گونه است:
متأسفانه! سرنوشت بیشتر ستاره‌های نوترونی چیزی به غیر از همجوشی نیست. همجوشی اتم‌های هیدروژن و هلیم که مقادیر عظیمی از انرژی را آزاد می‌کند. زمانی که ستاره‌ای بزرگ (احتمالاً شش برابر جرم خورشید) از هیدروژن تخلیه می‌شود، شروع به فرورفتن در خود می‌کند. این فرورفتن شتاب گرفته و به انفجار عظیمی منجر می‌شود که سوپرنوا یا ابرنواختر نام دارد. چیزی که باقی می‌ماند عرضش فقط شش مایل است، ولی جرمش از جرم خورشید بیشتر می‌باشد. فشار آنقدر بالاست که الکترون‌ها و پروتون‌ها در هم فرورفته و به نوترون تبدیل می‌شوند.
ذره‌ای از ستاره‌ی نوترونی برابر با چند میلیون فیل وزن دارد.
چگونه یک ستاره‌ی نوترونی از یک سیاهچاله تمایز می‌یابد؟
ستاره‌ی نوترونی در واقع باقیمانده‌ی یک ستاره است که فرورفتن را متوقف کرده است. با این حال وقتی حتی ستاره‌های بزرگ‌تری منفجر می‌شوند، هسته‌ی باقیمانده آنقدر متراکم است که به فرورفتن ادامه می‌دهد تا به یک سیاهچاله مبدّل گردد.
با برخورد دو ستاره‌ی نوترونی به همدیگر چه اتفاقی می‌افتد؟
در مورد اکتشاف دوشنبه‌ی هفته پیش باید گفت که دو شیء کهکشانی مذکور احتمالاً بازمانده‌های ستاره‌های کلان‌جرمی بودند که دور هم می‌گردیدند. سپس متورم شده و در نمایش دیدنی انفجارهای سوپرنوا نابود شدند. برای ایجاد فرضیه‌های مستدل درباره‌ی گردش آن‌ها، ستاره‌شناسان محاسبه کردند که این ستاره‌های نوترونی تقریباً ۱.۱ و ۱.۶ برابر خورشید جرم داشته‌اند، دقیقاً در طیف شناخته‌شده‌ی ستاره‌های نوترونی.
با نزدیک شدن به همدیگر، و با گردش ۱۰۰۰ بار در ثانیه‌ای، نیروهای سینوسی سطوح خود را به طرف بیرون برجسته می‌کنند. مقدار کمی که ماده به بیرون راه یافت، شکلی شبیه دونات از به هم پیوستن دو ستاره به وجود می‌آید.
با برقراری تماس بین دو ستاره، یک موج شوک (a shock wave) ماده‌ی بیشتری از مناطق قطبی آن‌ها بیرون زده ولی دونات و میدان‌های مغناطیسی قوی ماده را در جریانی با سرعت فوق‌العاده به دام می‌اندازد که پرتوهای رعدآسا از خود متساطع می‌کند. چنین انفجاری بود که امواج گرانشی کشف‌شده در لایگو را به وجود آورد. امواجی که به صورت نقاط نورانی توسط تلسکوپ‌ها مشاهده شد.
موج گرانشی چیست؟
ویدئوی که در ادامه مشاهده می‌کنید، در سال ۲۰۱۶ در نیویورک تایمز ساخته شد، زمانی که لایگو برای اولین بار توانست امواج گرانشی را شناسایی کند. این امواج فضا-زمان برخی از جنبه‌های کلیدی نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین را اثبات می‌کند.
مقاله‌ی مرتبط: نسبیت عام؛ تحریف فضا-زمان
چگونه انفجار ستاره‌های نوترونی به ساخته شده طلا و پلاتینیوم منجر می‌شود؟
توجیه ساخته شدن عناصر سنگینی مثل اورانیوم در جهان آسان نیست. اگر بیگ‌بنگ ابتدای آفرینش عالم باشد که فقط سبک‌ترین عنصرها طی آن به وجود آمده؛ یعنی هیدروژن، هلیم و کمی لیتیم. تنها با معلق ماندن در فضا، این عناصر سبک با هم ترکیب نخواهند شد تا عناصر سنگین را به وجود بیاورند.
درون ستاره‌ها جاییست که این عناصر سبک به هم جوش خورده و عناصر سنگین‌تری مثل کربن و اکسیژن به وجود می‌آید. همین ترتیب ادامه می‌یابد تا عنصر سنگین‌تری مثل آهن. با اینحال هنوز هم نحوه‌ی ساخته شدن عناصر سنگین‌تری مثل طلا و پلاتینیوم در هاله‌ای از ابهام است.
با برخورد دو ستاره‌ی نوترونی، ذرات نوترون نیز به فضای اطراف پراکنده می‌شود و هسته‌های متراکمی را در جنب ستاره‌هایی که نابود شده‌اند به وجود می‌آورد. وقتی تعداد کافی از این برخوردها رخ دهد، نوترون روی نوترون جمع شده و عناصر سنگین ایجاد خواهند شد؛ از جمله طلا.
این عناصر سنگین‌تر به مکان‌های دورتر رفته، گاهاً در ابرهای گاز و غبار انباشته شده و سیاره‌ها و ستاره‌های جدیدی مثل منظومه‌ی شمسی ما را می‌سازند. به نظر می‌آید طلاهای زینتی امروز ما هزاران هزار سال پیش در نقطه‌ای دور از کیهان به وجود آمده باشد.
پرتو گاما چیست و چه ارتباطی با برخورد ستاره‌های نوترونی دارد؟
پرتو گاما، ذره‌ای از نور است (فوتون) اما انرژی آن در مقایسه با نور مرئی بسیار بسیار بیشتر است. انرژی پرتو گاما بارها بیشتر از پرتو X و فرابنفشی است که ما با آن‌ها سروکار داریم.
برای سال‌ها می‌شود که یکی از جذاب‌ترین اتفاقات کیهانی برای ستاره‌شناسان انفجارهایی است که به انتشار پرتوهای گاما می‌انجامد. واقعه‌ای پرانرژی، غیرقابل تصور و بسیار عظیم!
شناسایی این تخلیه‌های ویژه‌ی امواج گاما ستاره‌شناسان را به این فکر انداخت که تلسکوپ‌های متعددی ایجاد نمایند که ارتعاشات فضا-زمان (امواج گرانشی) را تشخیص دهد. رصدخانهی لایگو هم یکی از آن‌ها بود. لایگو به فهم هر چند اندک اتفاقاتی مثل برخورد ستاره‌های نوترونی کمک شایانی کرده است.
دانشمندان قرار است با چیزهای جدیدی که یاد گرفته‌اند، چه کنند؟
برخورد ستاره‌های نوترونی هنوز برای دانشمندان چیز جدیدی است. افزایش نجومی اطلاعات به آن‌ها کمک خواهد کرد تا نظریاتشان را بهبود بخشیده و مدل‌های کامپیوتری‌شان را به واقعیت نزدیک‌تر کنند. این یافته‌ها نیز تکه‌ای دیگر از پازل آفرینش و رهیافتی جدید به چگونگی ساخت عناصریست که ما را تشکیل داده‌اند.
