اكتشاف نوع جديد من المادة داخل نجم نيوتروني ضخم
القبة نيوز- وجد فريق من علماء الفيزياء في جامعة هلسنكي الفنلندية أدلة قوية على وجود مادة كوارك غريبة داخل نواة أحد النجوم النيوترونية الضخمة.
وقد تم التوصل إلى هذا الاستنتاج من خلال الجمع بين النتائج الأخيرة في علوم الجسيمات النظرية والفيزياء النووية، وأبرزها قياسات موجات الجاذبية من اندماج نجم نيوتروني، واكتشاف النجوم النيوترونية الضخمة، مع كتل قريبة من كتلتين شمسيتين.
النجوم النيوترونية
والنجوم النيوترونية مثل الثقوب السوداء، هي بقايا نجوم هلكت في انفجارات عملاقة تُعرف بالمستعرات العظمى أو السوبرنوفا (Supernova).
وعندما تصل إلى مرحلة الانفجار تنهار مادتها لتُشكل نواة كثيفة، فإذا كانت هذه النواة كبيرة بما يكفي، فمن الممكن أن تشكل ثقبا أسود له قوة سحب جاذبة حتى الضوء لا يستطيع الإفلات منها.
وحسب ما ورد في بيان جامعة هلسنكي بشأن اكتشافهم الجديد، الذي نشر دورية "نيتشر فيزيكس" يوم 1 يونيو/ حزيران الجاري، فإن المادة الطبيعية المحيطة بنا تتكون من ذرات، تُحيط نواتها الكثيفة، التي تتكون من بروتونات ونيوترونات، بإلكترونات ذات شحنة سالبة.
لكن بالنسبة للنجوم النيوترونية، فإن المادة التي بداخلها تنهار إلى مادة نووية كثيفة للغاية، ويحدث فيها ما يشبه الاندماج النووي، حيث تتم تعبئة النيوترونات والبروتونات معا بإحكام بحيث يمكن اعتبار النجم بأكمله نواة واحدة هائلة.
هل تنهار المواد النووية؟
حتى الآن لم يتضح بعد ما إذا كانت المواد النووية داخل أكبر النجوم النيوترونية تنهار إلى حالة أكثر غرابة تسمى مادة الكوارك، حيث لم تعد النوى نفسها موجودة. ويحاول فريق العلماء من جامعة هلسنكي البحث عن إجابة عن هذا السؤال.
يقول الأستاذ المساعد أليكسي فورينين من قسم الفيزياء بالجامعة "إن التأكد من وجود نوى الكواركات داخل النجوم النيوترونية كان أحد أهم أهداف فيزياء النجوم النيوترونية منذ أن تم طرح هذه الإمكانية لأول مرة منذ 40 عاما تقريبا".
ويضيف فورينين "رغم إجراء عمليات محاكاة واسعة النطاق على أجهزة الحاسوب العملاقة، فإنها غير قادرة على تحديد مصير المادة النووية داخل النجوم النيوترونية".
وللإجابة على هذا السؤال، اقترح الفريق العلمي في جامعة هلسنكي الاستفادة من النتائج الأخيرة في علوم فيزياء الجسيمات النظرية والفيزياء النووية.
ومنها رصد موجات الجاذبية التثاقلية، وحدوث الاصطدامات بين ثقبين أسودين، وكذا عملية رصد اصطدام النجوم النيوترونية وقياسها، وذلك من أجل استنتاج خصائص وهوية المادة الموجودة داخل النجوم النيوترونية.
استنتاج وشكوك
ووفقا للدراسة، فإن المادة الموجودة داخل نوى النجوم النيوترونية الأكثر استقرارا تحمل شبها كبيرا بمادة الكوارك من المادة النووية العادية.
حيث تشير الحسابات إلى أن قطر النواة المحددة كمواد الكواركات في هذه النجوم يمكن أن يتجاوز نصف قطر النجم النيوتروني بأكمله.
مع ذلك، يشير فورينين إلى أنه لا يزال هناك العديد من الشكوك المرتبطة بالبنية الدقيقة للنجوم النيوترونية، مما يعني أن اكتشاف مادة الكوارك يفتح الأبواب للكشف عن سر من أسرار النجوم النيوترونية.
كما يشير إلى أن الأمر لا يزال بحاجة إلى دراسات أعمق وأشمل للإجابة على سؤال ما إذا كانت جميع النجوم النيوترونية تتكون من مادة نووية فقط.
ويختتم فورينين تصريحاته قائلا "كل ما تمكّنا من فعله هو تحديد ما يتطلبه سيناريو الكشف عن المواد النووية المنهارة في النجوم النيوترونية".
وقد تم التوصل إلى هذا الاستنتاج من خلال الجمع بين النتائج الأخيرة في علوم الجسيمات النظرية والفيزياء النووية، وأبرزها قياسات موجات الجاذبية من اندماج نجم نيوتروني، واكتشاف النجوم النيوترونية الضخمة، مع كتل قريبة من كتلتين شمسيتين.
النجوم النيوترونية
والنجوم النيوترونية مثل الثقوب السوداء، هي بقايا نجوم هلكت في انفجارات عملاقة تُعرف بالمستعرات العظمى أو السوبرنوفا (Supernova).
وعندما تصل إلى مرحلة الانفجار تنهار مادتها لتُشكل نواة كثيفة، فإذا كانت هذه النواة كبيرة بما يكفي، فمن الممكن أن تشكل ثقبا أسود له قوة سحب جاذبة حتى الضوء لا يستطيع الإفلات منها.
وحسب ما ورد في بيان جامعة هلسنكي بشأن اكتشافهم الجديد، الذي نشر دورية "نيتشر فيزيكس" يوم 1 يونيو/ حزيران الجاري، فإن المادة الطبيعية المحيطة بنا تتكون من ذرات، تُحيط نواتها الكثيفة، التي تتكون من بروتونات ونيوترونات، بإلكترونات ذات شحنة سالبة.
لكن بالنسبة للنجوم النيوترونية، فإن المادة التي بداخلها تنهار إلى مادة نووية كثيفة للغاية، ويحدث فيها ما يشبه الاندماج النووي، حيث تتم تعبئة النيوترونات والبروتونات معا بإحكام بحيث يمكن اعتبار النجم بأكمله نواة واحدة هائلة.
هل تنهار المواد النووية؟
حتى الآن لم يتضح بعد ما إذا كانت المواد النووية داخل أكبر النجوم النيوترونية تنهار إلى حالة أكثر غرابة تسمى مادة الكوارك، حيث لم تعد النوى نفسها موجودة. ويحاول فريق العلماء من جامعة هلسنكي البحث عن إجابة عن هذا السؤال.
يقول الأستاذ المساعد أليكسي فورينين من قسم الفيزياء بالجامعة "إن التأكد من وجود نوى الكواركات داخل النجوم النيوترونية كان أحد أهم أهداف فيزياء النجوم النيوترونية منذ أن تم طرح هذه الإمكانية لأول مرة منذ 40 عاما تقريبا".
ويضيف فورينين "رغم إجراء عمليات محاكاة واسعة النطاق على أجهزة الحاسوب العملاقة، فإنها غير قادرة على تحديد مصير المادة النووية داخل النجوم النيوترونية".
وللإجابة على هذا السؤال، اقترح الفريق العلمي في جامعة هلسنكي الاستفادة من النتائج الأخيرة في علوم فيزياء الجسيمات النظرية والفيزياء النووية.
ومنها رصد موجات الجاذبية التثاقلية، وحدوث الاصطدامات بين ثقبين أسودين، وكذا عملية رصد اصطدام النجوم النيوترونية وقياسها، وذلك من أجل استنتاج خصائص وهوية المادة الموجودة داخل النجوم النيوترونية.
استنتاج وشكوك
ووفقا للدراسة، فإن المادة الموجودة داخل نوى النجوم النيوترونية الأكثر استقرارا تحمل شبها كبيرا بمادة الكوارك من المادة النووية العادية.
حيث تشير الحسابات إلى أن قطر النواة المحددة كمواد الكواركات في هذه النجوم يمكن أن يتجاوز نصف قطر النجم النيوتروني بأكمله.
مع ذلك، يشير فورينين إلى أنه لا يزال هناك العديد من الشكوك المرتبطة بالبنية الدقيقة للنجوم النيوترونية، مما يعني أن اكتشاف مادة الكوارك يفتح الأبواب للكشف عن سر من أسرار النجوم النيوترونية.
كما يشير إلى أن الأمر لا يزال بحاجة إلى دراسات أعمق وأشمل للإجابة على سؤال ما إذا كانت جميع النجوم النيوترونية تتكون من مادة نووية فقط.
ويختتم فورينين تصريحاته قائلا "كل ما تمكّنا من فعله هو تحديد ما يتطلبه سيناريو الكشف عن المواد النووية المنهارة في النجوم النيوترونية".
