اخترشناسان بر این باورند که ستارههای نوترونی (بقایای بهجامانده از انفجار ابرنواختری ستارههای غولپیکر) باید در سراسر کهکشان راه شیری پراکنده شده باشند. اما با وجود اینکه انتظار میرود تعداد آنها بسیار زیاد باشد، بیشتر این اجرام فوقمتراکم برای تلسکوپها نامرئی باقی ماندهاند. اکنون یک مطالعه جدید که در نشریه Astronomy and Astrophysics منتشر شده است، نشان میدهد تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن که در آینده نزدیک پرتاب خواهد شد، ممکن است در نهایت بتواند این بقایای ستارهای پنهان را آشکار کند.
پژوهشگران با استفاده از شبیهسازیهای دقیق کهکشان راه شیری و پیشبینی مشاهدات آینده تلسکوپ رومن، تخمین زدند که این تلسکوپ چه تعداد ستاره نوترونی منزوی (تک و بدون همدم) را میتواند شناسایی کند. نتایج کار آنها نشان میدهد که رومن ممکن است بتواند با استفاده از پدیدهای به نام «میکرولنزینگ گرانشی» (همگرایی گرانشی ضعیف)، دهها مورد از این بقایای ستارهای پنهان را شناسایی و مطالعه کند.
زوفیا کازمارک (Zofia Kaczmarek) از دانشگاه هایدلبرگ آلمان که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، میگوید:
بیشتر ستارههای نوترونی نسبتاً کمنور و تنها هستند؛ به همین دلیل پیدا کردن آنها بدون نوعی کمک جانبی، بهشدت سخت است.
میکرولنزینگ گرانشی چگونه اجرام نامرئی را آشکار میکند؟
ستارههای نوترونی جرمی بیشتر از خورشید دارند که در کرهای به اندازه یک شهر فشرده شده است. دانشمندان آنها را مطالعه میکنند تا نحوه تکامل و انفجار ستارهها و همچنین چگونگی توزیع عناصر سنگین در سراسر جهان را بهتر درک کنند. این اجرام همچنین فرصتی بینظیر برای بررسی ماده در شدیدترین شرایطِ (فشار و چگالی) قابلتصور فراهم میکنند.
بیشتر ستارههای نوترونی به این دلیل به سختی شناسایی میشوند که نور مرئی بسیار کمی از خود ساطع میکنند. این اجرام مگراینکه به شکل «تپاختر» (پالسار) امواج رادیویی بفرستند یا پرتوهای ایکس شدیدی تولید کنند، حتی از دید رصدخانههای پیشرفته نیز پنهان میمانند.
تلسکوپ رومن میتواند آنها را به صورت غیرمستقیم و از طریق گرانش شناسایی کند. هنگامی که یک ستاره نوترونی از مقابل یک ستاره دوردست در پسزمینه عبور میکند، گرانش آن نور ستاره پسزمینه را خم کرده و موقعیت ظاهری آن را در آسمان کمی تغییر میدهد. این اثر که میکرولنزینگ نام دارد، باعث میشود ستاره پسزمینه برای مدت کوتاهی درخشانتر به نظر برسد و جابهجا شود.
بسیاری از تلسکوپها میتوانند افزایش درخشش موقت ناشی از میکرولنزینگ را مشاهده کنند، اما انتظار میرود تلسکوپ رومان هم این افزایش درخشش (سنجش نوری یا فتومتری) و هم حرکت بسیار ناچیز موقعیت ستاره (مکانسنجی نجومی یا آسترومتری) را با دقتی فوقالعاده اندازهگیری کند.
از آنجاییکه ستارههای نوترونی نسبت به بسیاری از اجرام دیگری که پدیده میکرولنزینگ را ایجاد میکنند سنگینتر هستند، سیگنال مکانسنجی قویتری تولید میکنند. این ویژگی به رومن اجازه میدهد نهتنها ستارههای نوترونی منزوی را شناسایی کند، بلکه در برخی موارد جرم آنها را نیز مستقیماً اندازهگیری کند؛ کاری که انجام آن تنها با روش فتومتری بسیار دشوار است.
پیتر مکگیل (Peter McGill)، یکی از نویسندگان این مقاله از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور، میگوید:
نکته بسیار جذاب درباره استفاده از میکرولنزینگ این است که میتوانید جرم را مستقیماً اندازهگیری کنید. فتومتری به ما میگوید چیزی از مقابل ستاره عبور کرده است، اما میزان جابهجایی موقعیت ستاره است که وزن و جرم آن جرم عبوری را آشکار میکند. با اندازهگیری آن انحراف ناچیز در آسمان، میتوانیم جرم چیزی را که در حالت عادی دیده نمیشود، مستقیماً وزن کنیم.
جستجو برای ستارههای نوترونی گمشده
اندازهگیریهای جمعآوریشده توسط رومن میتواند به اخترشناسان کمک کند تا به سؤالات بزرگی درباره ستارههای نوترونی و سیاهچالهها پاسخ دهند؛ از جمله اینکه آیا یک شکاف واقعی بین جرم آنها وجود دارد یا خیر. این تلسکوپ همچنین میتواند سرعت حرکت ستارههای نوترونی در کهکشان را آشکار کند.
دانشمندان بهویژه به تکانها و ضربههای شدیدی (Kicks) علاقهمندند که ستارههای نوترونی در جریان انفجارهای ابرنواختری دریافت میکنند. این ضربهها میتوانند آنها را با سرعت صدها مایل در ثانیه به درون کهکشان راه شیری پرتاب کنند.
برای جستجوی این رویدادها، پژوهشگران قصد دارند از پروژه آینده رومن به نام «نقشهبرداری زمانی کوژ کهکشانی» (Galactic Bulge Time Domain Survey) استفاده کنند. این نقشهبرداری به طور مکرر و با فرکانس بالای رصدی، از میدانهای ستارهای عظیمی که حاوی میلیونها ستاره هستند، تصویربرداری خواهد کرد.
مکگیل میگوید:
به محض اینکه دادهها شروع به رسیدن کنند، کار خود را آغاز خواهیم کرد. ما انتظار داریم حتی در ماههای اول پس از راهاندازی تلسکوپ، شناسایی رویدادهای نویدبخش را آغاز کنیم.
حتی تعداد نسبتاً کمی از کشفهای تأییدشده میتواند مدلهای مربوط به انفجارهای ستارهای و رفتار ماده تحت شرایط سخت را به شکل چشمگیری بهبود ببخشد.
مکگیل افزود:
ما توزیع جرمی ستارههای نوترونی و سیاهچالهها، یا اینکه مرز پایان یکی و شروع دیگری کجاست را با قطعیت نمیدانیم. تلسکوپ رومن واقعاً یک پیشرفت بزرگ در این زمینه خواهد بود.
تلسکوپ رومن میتواند تحقیقات ستارههای نوترونی را متحول کند
تاکنون تنها چند هزار ستاره نوترونی شناسایی شدهاند که بیشتر آنها به عنوان تپاختر کشف شدهاند. با این حال، دانشمندان تخمین میزنند که کهکشان راه شیری ممکن است حاوی دهها تا صدها میلیون ستاره نوترونی باشد. همچنین پژوهشگران تاکنون فقط توانستهاند جرم ستارههای نوترونی را در سیستمهای دوتایی (جایی که دو جرم به دور یکدیگر میچرخند) اندازهگیری کنند.
کازمارک گفت:
ما در حال حاضر نمونه کوچکی را میبینیم که نشاندهنده تصویر کلی نیست. حتی اندازهگیری جرم یک ستاره نوترونی هم بسیار ارزشمند خواهد بود. اگر فقط یک ستاره نوترونی منزوی پیدا کنیم، به شکل باورنکردنی به تحقیقات ما انگیزه خواهد داد.
این مطالعه همچنین به یک فرصت علمی غیرمنتظره برای مأموریت رومان اشاره دارد. اگرچه نقشهبرداری میکرولنزینگ رومن عمدتاً برای جستجوی سیارات فراخورشیدی از طریق میکرولنزینگ فتومتری طراحی شده بود، اما دقت مکانسنجی (آسترومتری) پیشرفته آن ممکن است به آن اجازه دهد کلاسهای کاملاً متفاوتی از اجرام پنهان را شناسایی کند.
مکگیل گفت:
این بخشی از برنامه اولیه نبود، اما کاشف به عمل آمد که توانایی مکانسنجی رومان در شناسایی ستارههای نوترونی و سیاهچالهها بسیار عالی است؛ بنابراین میتوانیم شاخه علمی کاملاً جدیدی را به نقشهبرداریهای رومان اضافه کنیم.
اگر این پیشبینیها درست از آب درآیند، رومان میتواند اولین مجموعه بزرگ از ستارههای نوترونی منزوی را تولید کند که صرفاً از طریق اثرات گرانشیشان شناسایی شدهاند. دانشمندان انتظار دارند این مأموریت مطالعه میکرولنزینگ را به طرز چشمگیری گسترش دهد و جمعیتهای پنهان قبلی از اجرام را در سراسر کهکشان راه شیری (از جمله سیارات سرگردان، سیاهچالهها و ستارههای نوترونی) آشکار کند.
مدیریت تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن بر عهده مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا است و نهادهایی چون آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL)، کلتک، موسسه علمی تلسکوپ فضایی و شرکای صنعتی مانند BAE Systems، L3Harris و Teledyne در آن مشارکت دارند.
منبع: Scitechdaily
