ستاره مرده در قلب قبرستان کیهانی سرنوشت خورشید را پیش بینی می‌کند!!

محققان سحابی سیاره‌ای در مسیه 37 را به گونه‌ای بررسی کردند که گویی یک صحنه جنایت کیهانی است تا مشخص کنند که ستاره کوتوله سفید مرکزی آن چگونه به قتل رسیده است.

خوشه ستاره‌ای باز مسیه 37 با یک قبرستان کیهانی و یک ستاره مرده در میان آن. (اعتبار تصویر: K. Werner et al.)

برای اولین بار، ستاره‌شناسان ستاره مرده‌ای را مطالعه کردند که در قلب یک قبرستان کیهانی از اجرام ستاره‌ای با سن مشابه قرار گرفته بود.

باقیمانده ستاره، یک کوتوله سفید، در مرکز ابری از بقایای ستاره، گاز و غبار قرار دارد که ستاره‌شناسان آن را سحابی سیاره‌ای می‌نامند که در خوشه ستاره‌ای باز مسیه 37 قرار دارد که حدود 4500 سال نوری از زمین فاصله دارد. مطالعه این کوتوله سفید و اطراف آن نه تنها می‌تواند چگونگی مرگ آن را آشکار کند، تقریباً مانند بررسی یک صحنه جنایت کیهانی، بلکه می‌تواند به ستاره‌شناسان نگاهی اجمالی به منظومه شمسی ما در حدود 5 بیلیون سال آینده بدهد.

به این دلیل که وقتی سوخت خورشید برای فرآیندهای ذاتی همجوشی هسته‌ای آن تمام می‌شود، به شکل یک غول قرمز متورم می‌شود. لایه‌های بیرونی پف کرده آن سیارات درونی از جمله زمین را می‌بلعد. سپس، همانطور که پوسته‌ی مواد ستاره‌ای آن گسترش یافته و سرد می‌شود، خورشید به یک سحابی سیاره‌ای تبدیل می‌شود – که به طرز گیج‌کننده‌ای ربطی به سیارات ندارد – و هسته آن به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود.

مسیه 37 پروانه‌ای شکل یک خوشه باز از ستارگان است. تصور می‌شود که ستاره‌های درون از همان ابر چگال و متراکم گاز و غبار در همان زمان متولد شده‌اند. این بدان معناست که با مطالعه یک ستاره مرده در این خوشه، دانشمندان می‌توانند تصویر بهتری از چگونگی تکامل و مرگ ستارگان هم سن (اما با جرم های مختلف) به دست آورند.

به این ترتیب، خوشه‌های باز به عنوان آزمایشگاه کیهانی کامل برای آزمایش نظریه‌های تکامل ستاره‌ای عمل می‌کنند.

ستاره‌های پرجرم به سرعت زندگی کرده و جوان می‌میرند

تا کنون، ستاره‌شناسان تنها سه خوشه ستاره‌ای باز حاوی سحابی‌های سیاره ای را کشف کرده‌اند و ستاره‌های کوتوله سفید مدفون در قلب این گورستان‌های ستاره‌ای هرگز قبل از این مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند..

کلاوس ورنر، رهبر تیم مطالعه و استاد دانشگاه توبینگن در بیانیه‌ای گفت: ستارگان یک خوشه هم سن و سال هستند که در حوزه اخترفیزیک اهمیت ویژه‌ای دارد. هر چه جرم یک ستاره بیشتر باشد، سوخت هسته‌ای خود را با همجوشی هیدروژن به هلیوم سریع‌تر مصرف می‌کند. بنابراین عمر آن کوتاه‌تر است و سریع‌تر به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود.

بخشی از فرآیند ستاره‌ای که هنوز به طور کامل شناخته نشده است، سرعتی است که ستاره‌ها قبل از برخورد با فازهای کوتوله سفید خود جرم خود را از دست می‌دهند، با رابطه بین جرم تولد و جرم مرگ ستاره که “رابطه جرم اولیه و نهایی” نامیده می‌شود. به عبارت دیگر، جرم یک کوتوله سفید را می‌توان به طور مستقیم به جرم ستاره‌ای متصل کرد که برای ایجاد آن مرده است. ستارگانی مانند خورشید ما تا زمانی که به کوتوله های سفید تبدیل شوند، کمتر از نیمی از جرم خود را از دست می‌دهند. ورنر توضیح داد: ستارگان با جرم هشت برابر خورشید حدود 80 درصد از جرم خود را از دست می‌دهند.

ورنر اضافه کرد که هیچ یک از ستارگان مرکزی مرده سحابی‌های سیاره‌ای قبلا مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند زیرا همه آنها بسیار دور هستند و به عنوان کوتوله‌های سفید نیز بسیار کم نور هستند. این تیم با آموزش یکی از بزرگترین تلسکوپهای سیاره – Gran Telescopio Canarias در جزیره La Palma در جزایر قناری – در قبرستان کیهانی در Messier 37 این مشکل را اصلاح کردند.

آنها سپس خروجی نور کوتوله سفید را ارزیابی کردند و مشخص کردند که در حال حاضر حدود 85 درصد از جرم خورشید را دارد. این امر نشان می‌دهد ستاره‌ای که مرده تا این بقایای ستاره‌ای را برجای بگذارد، جرمی معادل 2.8 برابر خورشید داشته است. همچنین به گفته ورنر، این بدان معناست که ستاره در طول عمر خود 70 درصد ماده خود را از دست داده است.

نمای نزدیک از سحابی سیاره‌ای در خوشه ستاره‌ای باز مسیه 37 و کوتوله سفید در قلب آن. (اعتبار تصویر: K. Werner et al.)

علاوه بر این، تیم توانست ترکیب شیمیایی کوتوله سفید در مسیه 37 را تعیین کند و متوجه شد که به طور عجیبی فاقد هیدروژن در سطحش است. این امر نشان می‌دهد که در گذشته خود درگیر نوعی رویداد خشونت‌آمیز بوده است، مانند انفجار کوتاهی از همجوشی هسته‌ای – چیزی که ممکن است کوتوله‌های سفید هنگام جدا کردن مواد از یک همدم دوتایی و نزدیک‌تر کردن آن متحمل شوند.

درک بهتر رابطه جرم اولیه و نهایی برای رمزگشایی مدت زمان زندگی یک ستاره و اینکه آیا فاز نهایی آن یک کوتوله سفید، یک ستاره نوترونی – یا احتمالاً یک سیاهچاله خواهد بود، حیاتی است. این رابطه همچنین می‌تواند به تعیین اینکه آیا ستاره‌ای که در حال مرگ است، یک ابرنواختر را تحریک می‌کند یا خیر و در نتیجه تمام موادی را که در طول زندگی خود ساخته است در جهان پخش می‌کند یا خیر. سپس آن ماده به بلوک‌های سازنده نسل بعدی ستارگان تبدیل خواهد شد.

ورنر در پایان می‌گوید: «نسل‌های جدید ستارگان از مواد پرتاب‌شده تشکیل می‌شوند که با عناصر سنگین به عنوان محصولات واکنش‌های هسته‌ای غنی شده‌اند. این چیزی است که تکامل شیمیایی کهکشان‌ها – و در نهایت کل جهان – به آن بستگی دارد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Dead star at heart of cosmic graveyard predicts the sun’s fate

By Robert Lea

https://www.space.com/dead-star-cosmic-graveyard-predicts-fate-of-sun