تپ‌اختری که ۴۲،۰۰۰ بار در دقیقه می‌چرخد!
مجله علمی ایلیاد - پالسار یا تپاختر زمانی شکل می‌گیرند که ستاره دچار فروپاشی گرانشی شده و به‌صورت ابرنواختر منفجر می‌شود. بقایای این انفجار که با نام «ستاره‌ی نوترونی» نیز شناخته می‌شوند، بسیار چگال هستند. در واقع معادل با فشرده کردن جرمی چندین برابر جرم زمین در فضایی اندازه‌ی کشوری کوچک است. آن‌ها همچنین میدان‌های مغناطیسی قوی دارند که باعث می‌شود به سرعت بچرخند و اشعه‌های قدرتمند گاما یا ایکس تولید کنند و همین باعث می‌شود همچون فانوس دریایی به نظر برسند.
در بعضی موارد این ستارگان به حدی سریع می‌چرخند که تنها چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد تا یک دور کامل بچرخند. این «تپ اخترهای میلی‌ثانیه‌ای» برای ستاره‌شناسان همواره به‌صورت رازی بود‌ه‌اند. حال محققان با استفاده از تلسکوپ رادیویی آرایه‌ی فرکانس پایین LOFAR در هلند، تپ‌اختری را شناسایی کرده‌اند که بیش از ۴۲،۰۰۰ دور در دقیقه می‌چرخد و دومین سریع‌ترین تپ‌اختری است که تا به امروز کشف شده است.
نتایج این تحقیق با عنوان «کشف سریع‌ترین تپاختر میلی‌ثانیه‌ای در زمینه‌ی کهکشانی توسط LOFAR» اخیراً در مجله‌ی Astrophysical Letters منتشر شده است. گروه تحقیقاتی به رهبری «سیز بسا»، اخترفیزیکدانی از دانشگاه اوترخت و مرکز ستاره‌شناسی رادیویی هلند «ASTRON» رصدهایی بر روی تپاختر میلی‌ثانیه‌ای PSR J0952-0607 که به فاصله‌ی ۳،۲۰۰ تا ۵،۷۰۰ سال نوری از ما قرار گرفته است، انجام داده‌اند.
این مطالعه قسمتی از نقشه‌برداری LOFAR از منابع پر انرژی بود که توسط تلسکوپ فضایی پرتو ایکس فرمی ناسا آغاز شد. هدف از این نقشه‌برداری تمایز بین منابع پرتو گاما تشخیص داده شده، توسط فرمی بود. این منابع می‌توانند توسط ستاره‌ای نوترونی، تپاختر، ابرنواختر یا نواحی اطراف سیاه‌چاله ایجاد شوند. «الیزابت فرارا» عضوی از گروه اکتشافی در مرکز فضایی گودارد ناسا در خبری که منتشر شده است توضیح می‌دهد: «تقریباً یک‌سوم منابع تولید پرتو گاما که توسط فرمی تشخیص داده شده است، در طول موج‌های دیگر شناسایی نشده بودند. بسیاری از این منابع ممکن است تپاختر باشند، اما غالباً لازم است تا از رصد‌های رادیویی برای تشخیپص و تایید وجود تپاختر استفاده کرد. در جست‌وجو به دنبال تپ‌اخترها توجه به هم‌افزایی در انتهای طیف الکترومغناطیسی مهم است.»
ادامه‌ی رصدها نشان داد که این منبع خاص تپ‌اختری است که با نرخ ۷۰۷ هرتز در ثانیه و ۴۲،۰۰۰ هرتز در دقیقه می‌چرخد. بر همین اساس و طبق تعریف این تپاختر، این جرم تپاختر میلی‌ثانیه‌ای است. بر طبق نتایج تحقیقات این گروه جرم آن ۱.۴ جرم خورشیدی است و هر ۶.۴ ساعت با ستاره‌ی هم‌دم خود که جرم آن به میزان ۰.۰۵ جرم مشتری تقلیل یافته است، یک دور می‌زنند.
وجود این هم‌دم سبک وزن دلیل دیگری بر بالا بودن سرعت چرخش این تپاختر است. در طول زمان، مواد ستاره توسط PSR L0952-0607 گرفته شده است و این نه تنها باعث افزایش سرعت چرخش آن می‌شود، بلکه انتشار الکترومغناطیسی را نیز به‌شدت افزایش می‌دهد. این پروسه تا امروز نیز ادامه دارد و ستاره همچنان کوچک‌تر شده و تپاختر پر‌انرژی‌تر می‌شود.
به دلیل ماهیت این رابطه که تنها با واژه‌ی هم‌نوع خواری می‌توان آن را توصیف کرد، سیستم‌های همچون PSR J0952-0607 گاهی تپاختر عنکبوت بیوه‌ی سیاه نامیده می‌شود. از آن‌جایی که این فرآیند سبب آزاد شدن میزان قابل توجهی تابش الکترومغناطیسی می‌شود، بیشتر این سیستم‌ها با رصد‌های صورت گرفته در ماموریت فرمی شناسایی شده‌اند. اکتشافات LOFAR علاوه بر ثبت رکوردی جدید می‌تواند نشان‌دهنده‌ی وجود تعداد بسیاری تپاختر در جهان ما باشد که با سرعت بسیار بالایی در حال چرخیدن هستند.
دکتر بسا توضیح می‌دهد: «لوفار پالس‌هایی از J0952 را با فرکانس رادیویی حدود ۱۳۵ مگاهرتز دریافت کرده است که ۴۵ درصد پایین‌تر از پایین‌ترین فرکانس‌های حاصل از جست‌وجوهای رادیویی معمولی است. ما متوجه شدیم که J0952 دارای طیف رادیویی تندی است؛ به این معنا که پالس‌های رادیویی آن در فرکانس‌های بالاتر بسیار سریع از بین می‌روند. به همین دلیل پیدا کردن آن بدون LOFAR بسیار بسیار سخت بود.»
سریع‌ترین تپاختر چرخان شناخته شده به نام PSR J1748-2446ad به میزان کمی سریع‌تر از PSR J0952-0607 بوده و با سرعت ۴۳،۰۰۰ دور در دقیقه می‌چرخد. برخی نظریه‌پردازان فکر می‌کنند تپ‌اخترها پیش از آن‌که از بین روند می‌توانند با سرعت ۷۲،۰۰۰ دور در دقیقه بچرخند. از آن‌جایی که شناسایی تپ‌اخترهایی که با این سرعت می‌چرخند، بسیار سخت است این قضیه همچنان در حد تئوری مانده است.
با کمک تجهیزاتی مثل LOFAR ممکن است شرایط به گونه‌ی دیگری باشد. به طور مثال، هر دو تپاختر PSR J1748 و PSR J09552-0607 دارای طیف تندی همچون کهکشان‌های رادیویی و هسته‌های کهکشانی فعال هستند. همین قضیه برای تپاختر میلی‌ثانیه‌ای دیگری به نام J1552+5437 که توسط LOFAR شناسایی شده و با سرعت ۲۵،۰۰۰ دور در دقیقه می‌چرخد، صادق است.
«زیگی پلوئینس» که دانشجوی دکتری دانشگاه مک گیل و یکی دیگر از نویسندگان این تحقیق است خاطر نشان کرد: «این می‌تواند نشانه‌ای باشد که سریع‌ترین تپ‌اخترها در حال چرخش در انتظار کشف شدن هستند. شواهد فزآینده‌ای وجود دارد که تپ‌اخترهای با سرعت چرخان طیفی تند دارند. از آن‌جایی که تحقیقات LOFAR بیشتر به این تپ‌اخترهای با طیف رادیویی تند حساس است، ممکن است متوجه شویم تپ‌اخترها با سرعت بیشتر وجود داشته و در نقشه‌برداری‌های در فرکانس‌های بالاتر قابل مشاهده نبوده‌اند.»
پیشرفت در تجهیزات و روش‌ها همچون سایر زمینه‌های تحقیقات ستاره‌شناسی در حال پیشرفت بوده و امکان اکتشافات جدید و هیجان‌انگیز را فراهم می‌کند. همچنان که انتظار داشتیم یافته‌های جدید ستاره‌شناسان را وادار کرده است تا در تصورات و فرضیه‌های پیشین در مورد طبیعت و حد و مرز پدیده‌های خاص، تجدید نظر کنند.
این ویدئو از ناسا تپ‌اخترهای بیوه‌ی سیاه و تحقیقات در حال انجام برای یافتن آن‌ها را توضیح می‌دهد.
نوشته: مت ویلیام
ترجمه: معصومه رحیمی - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: معصومه رحیمی - مجله علمی ایلیاد