کشف قوی ترین میدان مغناطیسی جهان

به گزارش پرسون؛ ستاره شناسان قوی ترین میدان مغناطیسی مشاهده شده در جهان را کشف کرده اند. آنها با مطالعه سیگنال های پرتوی ایکس قوی از یک ستاره نوترونی، محاسبه کردند که میدان مغناطیسی آن ده ها میلیون برابر قوی تر از هر میدان مغناطیسی ایجاد شده در آزمایشگاه های زمین است.

این ستاره نوترونی موسوم به "GR J۱۰۰۸-۵۷" به یک زیرمجموعه بسیار خاص تعلق دارد؛ یک "تپ اختر" اشعه ایکس در حال تجمیع. این ستاره به عنوان یک "تپ اختر"، پرتوهای الکترومغناطیسی قدرتمندی ساطع می کند که به صورت دوره ای مانند نور یک فانوس دریایی زمین را فرا می گیرد و از آن عبور می کند.

اصطلاح "اشعه ایکس در حال تجمیع" از این واقعیت ناشی می شود که مواد در این ستاره به طور منظم بر روی سطح آن می ریزند و باعث انفجارهای پرتوی ایکس پرانرژی دوره ای می شوند که توسط تلسکوپ ها قابل تشخیص است.

اکنون گروهی از محققان آکادمی علوم چین و دانشگاه "ابرهارد کارلز توبینگن" آلمان یکی از این انفجارها را برای محاسبه قدرت میدان مغناطیسی این تپ اختر مورد بررسی قرار داده اند.

ستاره شناسان طی یک طغیان و انفجار در اوت ۲۰۱۷ با استفاده از تلسکوپ "مدولاسیون اشعه ایکس سخت"(Insight-HXMT) این تپ اختر را رصد کردند. آنها یک نشانه خاص به نام "ویژگی پراکندگی تشدید سیکلوترون"(CRSF) را مورد توجه قرار دادند؛ الگویی که هنگامی که فوتون های اشعه ایکس الکترون های پلاسما را در سطح پراکنده می کنند، رخ می دهد.

این "CRSF" با انرژی ۹۰ کیلو ولت اندازه گیری شد و محققان از این طریق میدان مغناطیسی تپ اختر را یک میلیارد تسلا محاسبه کردند. این میدان مغناطیسی با اختلاف بسیار فاحشی نسبت به میدان های مغناطیسی ایجاد شده در آزمایشگاه های زمین، قدرتمندترین میدان مغناطیسی کشف شده در جهان است. گفتنی است که قوی ترین میدان مغناطیسی ایجاد شده در آزمایشگاه تاکنون فقط ۱۲۰۰ تسلا قدرت داشته است.

اگرچه این قوی ترین میدان مغناطیسی است که به طور مستقیم شناسایی شده است، اما این نظریه وجود دارد که حتی نسخه های قوی تری از ستاره های نوترونی به نام "مگنتار" یا ستاره مغناطیسی یا مغنااختر ممکن است دارای میدان های مغناطیسی با قدرت ۱۰۰ میلیارد تسلا باشند.

تَپ‌اخترها(Pulsar) ستاره‌های نوترونی چرخانی هستند که با سرعت بسیار زیادی دوران می‌کنند و پالس‌های مداومی از انرژی تابشی به همراه خطوط میدان مغناطیسی قوی را از خود منتشر می‌کنند. برخی از تپ‌اخترها نیز پرتوهای ایکس تابش می‌کنند. ستاره‌های نوترونی در حقیقت بقایای هسته ستاره منفجر شده‌ای هستند که حجم کوچک و چگالی بسیار بالایی دارند. برای نمونه، تپ‌اختری به قطر ۲۰ کیلومتر ۱.۵ برابر جرم خورشید را در خود جای داده ‌است. تپ‌اخترها هنگام تولد دمایی در حدود چند میلیون درجه سلسیوس دارند و بلافاصله شروع به سرد شدن می‌کنند. نحوه و سرعت سرد شدن نیز به مواد تشکیل دهنده و چگالی آنها بستگی دارد.

تاکنون بیش از ۱۰۰ تپ‌اختر مشخص شده‌اند. به جرات می‌توان گفت که هر یک از آنها ستاره‌ای نوترونی است. تپ‌اختر سحابی خرچنگ سریع ترین آنهاست که انفجارات انرژی آن به میزان ۳۰ ضربان در ثانیه به ما می‌رسد و این میزان، ۳۰ چرخش در ثانیه را برای ستاره نوترونی پیشنهاد می‌کند. سایر تپ‌اخترها دارای میزان هایی تا حداقل یک ضربان در دو ثانیه هستند که این موضوع مبین چرخش بسیار آهسته این ستارگان نوترونی است. چون تپ‌اخترها با پیر شدن آهسته‌تر می‌چرخند، در نتیجه تپ‌اختر خرچنگ جوان‌ترین تپ‌اختری است که تاکنون مشاهده شده‌است.

برخی تپ‌اخترها پرتوهای ایکس تابش می‌کنند که به نام "تپ‌اختر پرتوی ایکس" شناخته می‌شوند. سحابی خرچنگ واقع در صورت فلکی ثور یک نمونه قطعی از ستاره‌ نوترونی است که طی یک انفجار ابرنواختری شکل گرفته‌است و منبع عظیمی از پرتوی ایکس است. تحقیقاتی که توسط ماهواره‌های اشعه ایکس پیرامون ستاره‌های نوترونی صورت گرفته، حاکی از این است که در هر تپ‌اختر از دو نقطه اشعه ایکس گسیل می‌شود. ۱.سطح ستاره چنان داغ است که از خود اشعه ایکس گسیل می‌کند. ۲.ذرات باردار الکترومغناطیسی که در میدان مغناطیسی تپ‌اختر وجود دارند، هنگام حرکت در طول خطوط میدان از خود اشعه ایکس ساطع می‌کنند.

نوع بسیار متفاوتی از تپ‌اخترها به وسیله تلسکوپ‌های پرتوی ایکس در برخی دوتایی‌های پرتوی ایکس دیده شده‌است. در این مورد، یک ستاره نوترونی و یک ستاره معمولی منظومه ای دو تایی را تشکیل می‌دهند. نیروی گرانش شدید ناشی از ستاره نوترونی ماده را از ستاره معمولی به سمت آن می‌کشد. در این فرآیند، که "برافزایش" نام دارد، ماده چنان داغ می‌شود که تابش پرتوی ایکس تولید می‌کند. تپ های پرتوی ایکس وقتی دیده می‌شوند که نقاط داغ ستاره نوترونی چرخان در امتداد خط دید ناظر زمینی قرار بگیرند.

از طرفی "مگنتار" (Magnetar) یا ستاره مغناطیسی یا مغنااختر نوعی ستاره نوترونی است که میدان مغناطیسی بسیار نیرومندی دارد.

نظریه مربوط به مگنتارها توسط "رابرت دانکن" و "کریستوفر تامسون" در سال ۱۹۹۲ ارائه شده‌است، ولی اولین انفجار اشعه گاما مربوط به یک مگنتار در ۵ مارس ۱۹۷۹ کشف و ثبت شد. در طول یک دهه بعد از آن فرضیه مگنتار به صورت گسترده به عنوان تکرارکننده اشعه گاما و اشعه ایکس غیرعادی اختر تپنده پذیرفته شد.

این تحقیق در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.