ستاره نوترونی بقایای فوقالعاده چگال یک ستارهٔ عظیمالجثه است که منفجر شده — تصور کنید تمام جرم خورشید ما در کرهای فشرده شده باشد که تنها چند ده کیلومتر قطر دارد. وقتی یک سیاهچاله و یک ستاره نوترونی بهسوی یکدیگر مارپیچوار نزدیک میشوند، نتیجه یکی از خشنترین نمایشهای طبیعت خواهد بود.
پیش از آنکه به لحظه برخورد این دو جسم برسیم، لازم است درک کنیم که این اجرام تا چه اندازه افراطی و عجیباند. سیاهچاله ناحیهای از فضاست که در آن گرانش آنقدر قوی است که هیچچیز — حتی نور — پس از عبور از مرز آن، که به آن «افق رویداد» میگویند، نمیتواند بگریزد. سیاهچاله زمانی شکل میگیرد که یک ستاره بسیار پرجرم در پایان عمر خود فرو میپاشد و نقطهای با چگالی بینهایت پدید میآید که مرزی گریزناپذیر به دور خود دارد.
در مقابل، ستاره نوترونی حاصل انفجار یک ستاره کمجرمتر در ابرنواختر است. این انفجار چنان پرانرژی است که پروتونها و الکترونها را آنقدر فشرده میکند تا به نوترون تبدیل شوند و مادهای پدید میآید با چگالی آنقدر بالا که تنها یک قاشق چایخوری از آن، حدود ۶ میلیارد تُن روی زمین وزن خواهد داشت. این کرههای به اندازه یک شهر، با سرعتی باورنکردنی — گاهی صدها بار در ثانیه — میچرخند و میدان مغناطیسی آنها هزاران میلیارد برابر قویتر از میدان مغناطیسی زمین است.
اکنون پژوهشگرانی از مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) به رهبری الیاس موست (Elias Most)، استادیار اخترفیزیک نظری، با استفاده از ابررایانههای قدرتمند، شبیهسازیای دقیق از لحظات پایانی پیش از برخورد میان این دو نوع جرم کیهانی انجام دادهاند. حدود یک ثانیه پیش از آنکه سیاهچاله، ستاره نوترونی را ببلعد، اتفاقی شگفتانگیز رخ میدهد: سطح ستاره نوترونی مانند پوسته یک تخممرغ ترک برمیدارد! گرانش عظیم سیاهچاله پوستهٔ ستاره نوترونی را میکِشد و میدَرَد، و پدیدهای مشابه زمینلرزه بهوجود میآورد که میتوان آن را «ستارهلرزه» نامید. با ترک خوردن سطح، میدان مغناطیسی بسیار قوی ستاره نوترونی — که میتواند میلیاردها برابر میدان مغناطیسی زمین باشد — با شدت به لرزه در میآید و امواجی موسوم به امواج آلفوِن تولید میکند؛ این امواج در نهایت ممکن است فورانی از سیگنالهای رادیویی پدید آورند که در آینده با تلسکوپهای پیشرفته قابل آشکارسازی خواهد بود.
با نزدیکتر شدن ستاره نوترونی به سیاهچاله، فیزیک افراطیتری بر تعامل میان این دو حکمفرما میشود. وقتی ستاره نوترونی سرانجام به درون سیاهچاله سقوط میکند، امواج ضربهای عظیمی بهوجود میآید که دانشمندان آن را «امواج شوک هیولا» مینامند — قویترین امواج ضربهای که تاکنون در کیهان پیشبینی شدهاند. این امواج همچون سونامیهای کیهانی هستند: ابتدا کوچکاند اما بهسرعت به انفجارهایی خشن و عظیم بدل میشوند.
شاید شگفتانگیزترین یافتهٔ این شبیهسازیها کشف پدیدهای باشد که تاکنون دیده نشده: تولد یک تَپاختر سیاهچالهای. زمانی که سیاهچاله ستاره نوترونی را میبلعد، میدان مغناطیسی قدرتمند آن را نیز جذب میکند. اما سیاهچالهها نمیخواهند این «بار مغناطیسی» را نگه دارند، بنابراین آن را در حین چرخش به بیرون پرتاب میکنند، و بادهای مغناطیسیای بهوجود میآورند که همچون نورافکن فضایی در فضا جاروب میزنند. این پدیده، یک فانوس دریایی کیهانیِ کوتاهعمر پدید میآورد که کمتر از یک ثانیه دوام دارد و در این مدت، پرتوهای X و گاما از خود ساطع میکند، پیش از آنکه برای همیشه خاموش شود.
این شبیهسازیها به اخترشناسان کمک میکنند بدانند هنگام بررسی آسمان شب به دنبال چه علائمی بگردند. تاکنون ما توانستهایم امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاهچالهها را با ابزارهایی مانند رصدخانهٔ LIGO (رصدخانهٔ تداخلسنج لیزری امواج گرانشی) شناسایی کنیم، اما هنوز موفق به مشاهدهی نورها و تابشهایی که ممکن است همراه با برخورد سیاهچاله و ستاره نوترونی باشند، نشدهایم. این پژوهش نشان میدهد که این برخوردهای کیهانی میتوانند سیگنالهای رادیویی قابل شناسایی تولید کنند، هم در لحظهٔ ترک خوردن ستاره نوترونی و هم هنگام ایجاد امواج شوک هیولا.
در حال حاضر، دانشمندان در تلاشاند تا با استفاده از آشکارسازهای امواج گرانشی، این برخوردها را تا یک دقیقه پیش از وقوع شناسایی کنند. چنین شناسایی زودهنگامی به اخترشناسان این فرصت را میدهد که تلسکوپهای خود را بهموقع به سمت مکان دقیق آسمان نشانه بگیرند و نمایش نوری خارقالعادهای را که این فاجعههای کیهانی همراه خود دارند، ثبت کنند.
