تلسکوپ فضایی رومن ناسا، ستاره‌های نوترونی پنهان راه شیری را آشکار می‌کند

ستاره‌های نوترونی: بقایای فوق‌چگال ستارگان

ستاره‌های نوترونی از متراکم‌ترین اجرام شناخته‌شده در جهان به شمار می‌روند. این اجرام با جرمی بیشتر از خورشید، در کره‌ای به اندازه یک شهر فشرده شده‌اند. مطالعه آنها به دانشمندان کمک می‌کند تا نحوه تکامل ستارگان، انفجارهای ابرنواختری و رفتار ماده در شدیدترین فشارها و چگالی‌های ممکن را بهتر درک کنند.

با وجود تخمین‌ها مبنی بر وجود ده‌ها میلیون تا صدها میلیون ستاره نوترونی در کهکشان راه شیری، تنها چند هزار مورد از آنها تاکنون شناسایی شده‌اند که عمدتاً به صورت تپ‌اخترهایی هستند که امواج رادیویی منتشر می‌کنند. دلیل اصلی این موضوع، کم‌نور بودن بیشتر ستاره‌های نوترونی است؛ این اجرام معمولاً نور مرئی بسیار اندکی تولید کرده و در صورت عدم انتشار امواج رادیویی یا پرتو ایکس، تقریباً نامرئی باقی می‌مانند.

نحوه کشف اجرام نامرئی توسط تلسکوپ رومن

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن قرار است این اجرام پنهان را نه از طریق نورشان، بلکه با استفاده از اثر گرانشی‌شان شناسایی کند. این پدیده که همگرایی گرانشی ریزمقیاس نام دارد، زمانی رخ می‌دهد که یک ستاره نوترونی از مقابل یک ستاره دوردست عبور می‌کند. گرانش بسیار قوی ستاره نوترونی باعث خم‌شدن نور ستاره پس‌زمینه می‌شود. در نتیجه، روشنایی آن ستاره برای مدت کوتاهی افزایش یافته و موقعیت ظاهری‌اش در آسمان اندکی جابه‌جا می‌شود.

در حالی که بسیاری از تلسکوپ‌ها تنها قادر به ثبت افزایش موقتی روشنایی هستند، تلسکوپ رومن علاوه بر اندازه‌گیری تغییر روشنایی، می‌تواند جابه‌جایی بسیار کوچک موقعیت ستاره را نیز با دقتی بی‌سابقه اندازه‌گیری کند. از آنجا که ستاره‌های نوترونی جرم بیشتری دارند، اثر گرانشی قوی‌تری ایجاد می‌کنند که سیگنال اختری آنها را قابل تشخیص‌تر می‌سازد.

اندازه‌گیری مستقیم جرم ستاره‌های نوترونی

پژوهشگران تأکید می‌کنند که یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این روش، امکان اندازه‌گیری مستقیم جرم ستاره‌های نوترونی است؛ کاری که تاکنون تنها در سامانه‌های دوتایی (زمانی که دو جرم به دور یکدیگر می‌چرخند) امکان‌پذیر بوده است.

پیتر مک‌گیل از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور آمریکا و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: «فوتومتری به ما می‌گوید چیزی از مقابل ستاره عبور کرده، اما میزان جابه‌جایی موقعیت ستاره است که جرم آن جسم نامرئی را مشخص می‌کند. با اندازه‌گیری این انحراف بسیار کوچک می‌توانیم جرمی را وزن کنیم که در حالت عادی دیده نمی‌شود.»

پاسخ به معماهای بزرگ اخترفیزیک

داده‌های تلسکوپ رومن می‌توانند به پرسش‌های مهمی درباره ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌ها پاسخ دهند؛ از جمله اینکه آیا واقعاً شکافی مشخص میان جرم ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌ها وجود دارد یا خیر. این مأموریت همچنین می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره سرعت حرکت ستاره‌های نوترونی در کهکشان ارائه دهد. دانشمندان معتقدند هنگام انفجار ابرنواختری، این اجرام ضربه‌های شدیدی دریافت می‌کنند که می‌تواند آنها را با سرعت صدها کیلومتر بر ثانیه در سراسر راه شیری پرتاب کند.

آغاز جست‌وجو پس از شروع مأموریت

پژوهشگران قصد دارند از پروژه «بررسی زمانی برآمدگی کهکشانی» (Galactic Bulge Time Domain Survey) استفاده کنند؛ برنامه‌ای که در آن تلسکوپ رومن بارها از میدان‌های عظیم ستاره‌ای شامل میلیون‌ها ستاره تصویربرداری خواهد کرد.

زوفیا کاچمارک از دانشگاه هایدلبرگ آلمان و نویسنده اصلی پژوهش می‌گوید: «حتی یک اندازه‌گیری جرم از یک ستاره نوترونی منزوی هم می‌تواند برای تحقیقات ما فوق‌العاده ارزشمند باشد. اگر فقط یک نمونه پیدا کنیم، باز هم یک دستاورد بزرگ خواهد بود.»

کشفی فراتر از هدف اولیه مأموریت

جالب توجه است که این قابلیت در ابتدا جزو اهداف اصلی مأموریت رومن نبود. این تلسکوپ عمدتاً برای جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی از طریق پدیده همگرایی گرانشی طراحی شده بود، اما اکنون مشخص شده که دقت فوق‌العاده آن می‌تواند برای کشف اجرام پنهان دیگری مانند سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و حتی سیارات سرگردان نیز استفاده شود.

دانشمندان معتقدند اگر پیش‌بینی‌های فعلی درست باشد، تلسکوپ رومن نخستین مجموعه بزرگ از ستاره‌های نوترونی منزوی را تنها بر اساس اثر گرانشی آنها کشف خواهد کرد؛ دستاوردی که می‌تواند نگاه اخترشناسان به جمعیت اجرام پنهان کهکشان راه شیری را متحول کند.