يك ستاره نوتروني هنگامي شكل مي‌­گيرد كه هسته يك ستاره بسيار عظيم به يك ابرنواختر (سوپرنوا)  فروپاشي ­كند و كره اي به قطر حدود 20 كيلومتر با جرم بيشتر از جرم خورشيد به جا ­گذارد. ساختار ميكروسكوپي پوسته خارجي، شبكه‌­اي از هسته­‌هاي غني از نوترون است كه توسط گاز يكنواخت الكتروني احاطه شده است. اگر شما به سمت مركز ستاره حركت كنيد، فشار افزاينده باعث تركيب هرچه بيشتر الكترون­‌ها و پروتون­‌ها و تشكيل نوترون­‌ها مي­‌شود و در نتيجه، چگالي نوتروني در هسته­‌ها افزايش مي‌­يابد. سرانجام در پوسته داخلي، هسته‌­ها قابليت پذيرش نوترون بيشتر را از دست مي­دهند و نوترو‌‌ن­‌هاي آزاد يك ابر شاره كه به شبكه نفوذ مي‌­كند را مي­سازند.

تغيير شكل­‌ها و شكاف­‌ها در پوسته­‌هاي ستاره‌­هاي نوتروني به پديده‌­هايي همچون امواج گرانشي، انفجارهاي اشعه گاما و رخدادهايي كه در آن­ها چرخش ستاره ناگهان سرعت مي­‌گيرد، ارتباط داده مي­‌شوند. ساختار پوسته‌­ي داخلي، كليد فهم اين رخدادها است.

نظريه‌­دانان، بسياري از جوانب پوسته داخلي را بررسي كرده‌­اند. براي مثال، ارتعاشات شبكه را مورد تحليل قرار داده‌­اند. دميتري كوبايوكوف (Dmitry Kobyakov)، از دانشگاه اميا (Umea University) در سوئد مي­‌گويد «اين موضوع از دهه 1970 مورد مطالعه بوده است.» ساختار پوسته‌­ي داخلي، به صورت شبكه به اصطلاح مكعب مركز پر (bcc) (هر واحد مكعبي از بلور، هسته­‌ها را در مركز و هشت راس جاي داده است) و گاز الكتروني كه در سرتاسر ساختار جريان دارد، مدل­‌سازي شده است. اما تصور بر اين بود كه نوترون­‌هاي آزاد اثر كمتري داشته باشند.

كوبايوكوف و كريستوفر پتيك (Christopher Pethick) از دانشگاه كوپنهاگ (University of Copenhagen) و موسسه فيزيك نظري وابسته به شمال اروپا (NORDITA) در استكهلم، در اين كار جديدشان، برهم­كنش ميان نوترون­‌هاي آزاد و شبكه را توضيح داده‌­اند. آن­‌ها دريافتند كه نوترون­‌ها تا حدي مشابه جزء اضافي در آلياژ فلزي هستند و باعث يك كشش موثر ميان هسته‌­ها مي­‌شوند.  اين كشش، اثرات چشمگيري روي پاسخ پوسته به ارتعاشات شبكه با طول موج كوتاه دارد.

شبكه به طور مداوم با ارتعاشاتي كه گستره وسيعي از طول موج­‌ها را دارد، به آهستگي تكان مي­‌خورد. اين تيم متوجه شده است كه سيستم در طول موج‌­هاي كوتاه‌تر از حدود 2 تا 5 برابر فاصله شبكه، ناپايدار است و كمبود استحكام باعث مي‌­شود اندازه ارتعاشات به طور مداوم رشد كند. كوبايوكوف بر اين نظر است كه ناپايداري ايجاب مي­‌كند فرض معمول آرايش بلورين bcc هسته‌­ها، نادرست باشد.

ادوارد براون (Edward Brown)، پژوهش‌­گري از دانشگاه ايالت ميشيگان در لنسينگ شرقي مي­گويد «بسياري از مدل­‌هاي ما ممكن است احتياج به اصلاح داشته باشند و  يا حتي به‌­طور كلي كنار گذاشته شوند.» همچنين او بيان مي‌­كند «اگر ساختار شبكه متفاوت باشد، در اين صورت بسياري از ويژگي‌­ها نياز به محاسبه دوباره دارند. فيزيك بسيار جالب و مهمي مي‌­تواند به ميزان زياد در آن وجود داشته باشد.»

ساختار پوسته داخلي، استحكام و قدرت پوسته را تحت تاثير قرار مي­‌دهد و مي‌­تواند باعث تاثير عمده‌­اي روي رفتار ستاره شود. براي مثال، اگر پوسته يك ستاره نوتروني به اندازه قوي مستحكم باشد، مي‌­تواند ساختارهاي كوه-مانند روي سطح‌­اش را حفظ كند. ستاره‌­هاي نوتروني مي‌­توانند بيشتر از 600 بار در ثانيه بچرخند. همراه با اين چرخش، كوه­‌ها امواج كوچكي را در فضا-زمان ايجاد مي‌­كنند كه به نام امواج گرانشي شناخته­ مي‌­شوند. اين امواج ممكن است توسط رصدخانه موج گرانشي تداخل سنج ليزري (LIGO) كه تلاشي در راستاي اولين رديابي مستقيم امواج گرانشي است، قابل آشكارسازي باشد. براون مي­‌گويد « پوسته مي­تواند بسيار سخت‌­تر از آنچه ما تصور مي­‌كرديم باشد و بتواند كوه­هاي بسيار بزرگتر را حفظ كند كه در اين صورت هدف بسيار جذاب‌­تري براي LIGO خواهد بود.»

چنين افزايشي در استحكام،  گسيختگي‌­هاي زمين لرزه مانند در پوسته را نيز تحت تاثير قرار مي‌­دهد. اين ­گسيختگي­‌ها احتمالاً به انفجارهاي اشعه گاما كه از مگنتارها (ستاره­هاي نوتروني بسيار مغناطيسي) مشاهده شده است، مربوط مي­‌شوند. نظر براون بر اين است كه پژوهش‌­گران كه اين پديده­‌ها را مطالعه مي‌­كنند ممكن است نياز باشد اين نتايج را به‌­دقت ببينند، « اين نتايج مي‌­تواند چيزها را خيلي تغيير دهد يا اينكه آن­‌ها را تنها به ميزان كمي اصلاح كند.»

منبع:

Focus: Rethink Needed for Neutron Star Crust Structure

مرجع:

D. Kobyakov and C. J. Pethick ," Towards a Metallurgy of Neutron Star Crusts " Phys. Rev. Lett. 112, 112504 (2014)