ستارههای کوتوله سفید، چگونه تشکیل میشوند؟

یک کوتوله سفید هسته فوقالعاده متراکم یک ستاره مرده است که وقتی ستاره سوخت خود را تمام کرد، باقی میماند. خورشید ما روزی به کوتوله سفید تبدیل خواهد شد.
سحابی حلقه (M57) در صورت فلکی لیرا مراحل پایانی ستارهای مانند خورشید ما را نشان میدهد. نقطه سفید در مرکز این سحابی یک کوتوله سفید است که در حال روشن کردن ابر گازی است که زمانی ستاره را تشکیل میداد. رنگها عناصر مختلفی مانند هیدروژن، هلیوم و اکسیژن را شناسایی میکنند. تصویر از تیم میراث هابل (AURA/STScI/NASA).
کوتولههای سفید بقایای داغ و متراکم ستارگانی هستند که مدتهاست مردهاند. آنها هستههای ستارهای هستند که وقتی ستارهها ذخایر سوخت خود را تمام میکنند و گازهایشان را به فضا میفرستند، رها میشوند. این اجرام مرحله نهایی تکامل را برای اکثر ستارگان، از جمله خورشید ما، نشان میدهد. به علاوه، آنها نقش مهمی در کمک به ما در درک تکامل جهان دارند.
یک کوتوله سفید تقریباً جرم خورشید ما اما در حجمی قابل مقایسه با زمین را دارد. اندازه کوچک آنها پیدا کردن کوتولههای سفید را دشوار می کند. هیچ کوتوله سفیدی با چشم غیر مسلح دیده نمی شود.
نوری که آنها تولید میکنند از انتشار آهسته و پیوسته مقادیر باورنکردنی انرژی ذخیره شده در طی بیلیونها سال به عنوان نیروگاه هستهای یک ستاره تامین میشود.
ستارههای کوتوله سفید چگونه متولد میشوند؟
کوتولههای سفید زمانی به دنیا میآیند که یک ستاره خاموش میشود. یک ستاره بیشتر عمر خود را در تعادل بین گرانش و فشار گاز بیرونی میگذراند. وزن چند اکتیلیون تن گاز که بر روی هسته فشار مییابد، باعث میشود هستههای هیدروژن با هم ترکیب شوند و هلیوم را تشکیل دهند. این پدیده را همجوشی هستهای مینامند. آزاد شدن مداوم انرژی گرما هستهای از این فرآیند از فروپاشی ستاره بر روی خود جلوگیری میکند.
اما در نهایت، یک ستاره در مرکز آن هیدروژن تمام خواهد شد. در این مرحله، هلیوم به کربن و اکسیژن تبدیل میشود و همجوشی هیدروژن به پوستهای در اطراف هسته حرکت میکند. ستاره متورم شده و تبدیل به یک غول سرخ میشود. برای بیشتر ستارگان – از جمله خورشید ما – این امر شروع مرگ ستاره است. ستاره منبسط میشود، بادهای ستارهای با سرعت فزایندهای میوزند و لایههای بیرونی آن شروع به فرار از کشش گرانشی میکنند.
همانطور که ستاره غول سرخ تبخیر میشود، هسته آشکار خود را پشت سر میگذارد: یک کوتوله سفید تازه متولد شده.
تصویر تلسکوپ فضایی هابل از درخشانترین ستاره آسمان سیروس (وسط) و همدم کوتوله سفید کم رنگ آن، سیروس B (سمت چپ پایین). تصویر از NASA/ ESA/ H. Bond (STScI)/ M. Barstow (دانشگاه لستر).
آنها از چه چیزی ساخته شدهاند؟
یک کوتوله سفید تازه متولد شده متشکل از هستههای هلیوم، کربن و اکسیژن است که در دریایی از الکترونهای بسیار پرانرژی شنا میکند. فشار ترکیبی الکترونها کوتوله سفید را نگه میدارد، بنابراین به موجودعجیبتری مانند ستاره نوترونی یا سیاهچاله تبدیل نمیشود.
کوتوله سفید نوزاد فوقالعاده داغ است، بنابراین فضای اطراف خود را با اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس میروبد. بخشی از این تشعشعات توسط گازی که ستاره هنگام مرگ آزاد می کند، رهگیری میشود. این گاز با فلورسانس با رنگین کمانی از رنگها پاسخ میدهد و یک سحابی سیارهای ایجاد میکند. این سحابیها – مانند سحابی حلقه در صورت فلکی شلیاق – به ما نگاهی به آینده خورشید میدهند.
کوتوله سفید اکنون آینده طولانی و آرامی در پیش دارد. همانطور که گرمای محبوس شده بیرون میریزد، به آرامی سرد و کمرنگ میشود. در نهایت تبدیل به تودهای بیاثر از کربن و اکسیژن خواهد شد که به طور نامرئی در فضا شناور است: یک کوتوله سیاه. با این حال، کیهان به اندازه کافی پیر نیست که کوتوله سیاهی شکل بگیرد. کوتولههای سفید متولد شده از اولین نسل ستارگان، 14 بیلیون سال بعد، هنوز در حال خنک شدن هستند. بنابراین جالبترین کوتولههای سفیدی که میشناسیم، با دمای حدود 4000 درجه سانتیگراد (7000 درجه فارنهایت)، ممکن است برخی از قدیمیترین آثار موجود در کیهان باشند.
اما همه کوتولههای سفید بیسر و صدا نمیمیرند
در حالی که کوتولههای سفید منفرد به تدریج محو میشوند، کوتوله سفیدی که به دور ستاره دیگری میچرخد حالت بسیار انفجاری دارد. این گاز از همراه خود تغذیه میکند و هیدروژن از روی یک پل گازی عبور میکند و روی سطح کوتوله سفید میریزد و با تجمع هیدروژن، دما و چگالی آن در نهایت به نقطه اشتعال میرسد. تمام پوسته سوخت تازه به دست آمده به شدت به صورت یک نواختر ذوب میشود و مقدار زیادی انرژی آزاد میکند. کوتوله سفید برای مدت کوتاهی با درخشش 50000 تا 100000 خورشید شعلهور میشود و سپس به آرامی محو میشود.
مفهوم هنری از یک کوتوله سفید که گاز را از یک همدم دوتایی خارج میکند. گاز دزدیده شده به صورت مارپیچی از دیسک عبور میکند و در نهایت به سطح کوتوله سفید برخورد میکند. تصویر از STScI.
گاهی اوقات یک کوتوله سفید به ابرنواختر ختم میشود
با این حال، اگر گاز به اندازه کافی سریع جمع شود، میتواند کوتوله سفید را از نقطه بحرانی عبور دهد. سپس، به جای ایجاد یک پوسته نازک از همجوشی، ستاره را به طور ناگهانی زنده میکند. آزادسازی خشونتآمیز انرژی بدون تنظیم، هسته ستاره را در یکی از پر انرژیترین رویدادهای جهان محو میکند: یک ابرنواختر نوع 1a. درخشندگی مطلق این ابرنواختر 5 بیلیون برابر نور خورشید است. برای هفتهها یا ماهها، میتواند حتی از کل کهکشان پیشی بگیرد.
SN 1572 باقیمانده یک ابرنواختر نوع 1a در فاصله 9000 سال نوری از زمین است که تیکو براهه 430 سال پیش مشاهده کرد. این تصویر ترکیبی اشعه ایکس و مادون قرمز بقایای آن انفجار را نشان میدهد: یک پوسته گازی در حال انبساط که با سرعت تقریباً 9000 کیلومتر در ثانیه (بیش از 20 میلیون مایل در ساعت) حرکت میکند! تصویر از ناسا / MPIA / رصدخانه Calar Alto / Oliver Krause و همکاران.
چنین درخششی باعث می شود که ابرنواخترهای نوع 1a از سراسر جهان قابل مشاهده باشند. ستارهشناسان از آنها به عنوان شمعهای استاندارد برای اندازهگیری فواصل تا دورترین نقاط کیهان استفاده میکنند. مشاهدات انفجار کوتولههای سفید در کهکشانهای دور منجر به کشف برنده جایزه نوبل شد: انبساط جهان در حال شتاب گرفتن است. بنابراین ستارگان مرده به بنیادیترین فرضیات ما در مورد ماهیت زمان و مکان جان دادهاند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
What are white dwarf stars? How do they form?
Posted by Christopher Crockett April 25, 2023
https://earthsky.org/astronomy-essentials/white-dwarfs-are-the-cores-of-dead-stars/