اطلاعاتی درباره‌ی تکامل ستارگان

سامان محمدی 0 دیدگاه

حدود یک قرن است که منجمان آماتور AAVSO، ستاره‌ی T خرس کوچک را که تحت نظر دارند. حالا ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که می‌توانند علت تغییرات اخیر این ستاره را توضیح دهند.

این عکس ستاره‌ی U زرافه (U Camelopardalis) است که توسط تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده‌است. این ستاره در مرحله‌ی تکاملی مشابهی با T خرس کوچک قرار دارد. اخیرا درخششی ناگهانی در ستاره‌ی U زرافه دیده‌شده که به‌دلیل پرتاب‌ ابری کروی شکل از جنس هلیوم داغ به اطراف ستاره ایجاد شده‌است. همان‌طور که هابل توانست عکس از دست دادن جرم ستاره‌ی U زرافه را بگیرد؛ رصد تغییرات روشنایی ستاره‌ی T خرس کوچک نیز می‌تواند اطلاعات بسیار زیادی درباره‌ی ترکیبات داخلی این ستاره در اختیار ما بگذارد. اعتبار تصویر: ESA / Hubble / NASA / H. Olofsson (Onsala Space Observatory)

عمر ستاره‌ای مانند خورشید، 100 میلیون برابر بیشتر از عمر یک انسان معمولی است. از این رو عجیب نیست که فکر می‌کنیم ستاره‌ها عمری ابدی دارند. تحولات ستاره‌ای در بازه‌های زمانی بسیار طولانی‌تر از عمر ما اتفاق می‌افتند؛ به همین دلیل قادر به مشاهده‌ی مستقیم این تحولات نیستیم.

اما پدیده‌ای در تکامل ستاره وجود دارد که به جای چند هزاره به طول انجامیدن، طی چند دهه اتفاق می‌افتد. در نتیجه این پدیده برای انسان فانی قابل مشاهده است. بیشتر رصدهای مربوط به ستاره‌ی T خرس کوچک که در واقع یک غول سرخ است؛ توسط منجمان آماتور صورت گرفته‌است.

رصد چندین ساله‌ی یک ستاره

از سال 1912 که برای اولین بار تغییرات نوری این ستاره مشاهده شد؛ انجمن منجمان ستاره‌های متغیر امریکا، (AAVSO)، تا به امروز مشغول به رصد این ستاره بوده‌اند. آنها موفق شدند داده‌های مربوط به بیش از 100 سال رصد را جمع‌آوری کنند. وقتی منحنی نوری این داده‌ها رسم شد؛ الگوهای بسیار جالبی در این نمودار دیده می‌شد.

طی چند دهه‌ی اول مشاهدات، درخشندگی ستاره تقریبا به صورت معمول تغییر می‌کرد و قدر آن در دوره‌های 300 تا 330 روزه بین 4 تا 5/5 عوض می‌شد. اما طی 20 سال گذشته، این الگو به چرخه‌ی سریعتری تبدیل شده‌است. در حال حاضر قدر این ستاره در یک دوره‌ی 200 روزه، به اندازه‌ی 1/5 تا 2 تغییر می‌کند. با توجه به این تغییرات، اخترشناسان تصور می‌کنند که این ستاره تحت یک تحول نادر و کوتاه‌مدت (نسبت به عمر ستارگان) قرار گرفته‌است.

این منحنی نوری مربوط به ستاره‌ی T خرس کوچک است. منحنی نوری نموداری است که تغییرات درخشندگی یک ستاره در طول زمان را نشان می‌دهد. در این منحنی نوری تغییر الگوی نوسانات درخشندگی این ستاره را در پایین‌ترین نمودار مشاهده می‌کنید.

همان‌طور که اشاره شد؛ این داده‌ها، توسط منجمان AAVSO جمع‌آوری شده‌است. لزلو مولنر (László Molnár) و همکارانش در رصدخانه‌ی کنکولی مجارستان، با استفاده از این اطلاعات و به کمک پیشرفته‌ترین شبیه‌سازی‌های کامپیوتری تلاش کردند که پی به ساختار داخلی ستارگان ببرند. می‌توانید نتیجه‌ی این پژوهش را به صورت کامل‌تر در Astrophysical Journal مطالعه نمایید.

ستاره‌ی T خرس کوچک یک غول سرخ است که در مرکز آن کربن و اکسیژن زیادی وجود دارد. به علت کافی نبودن جرم ستاره، هسته‌ی آن آرام شده و دیگر درون آن همجوشی صورت نمی‌گیرد. در عوض ستاره از طریق همجوشی، هیدروژن را به هلیوم تبدیل کرده و لایه‌ای اطراف هسته تشکیل می‌دهد تا از هسته در برابر گرانش ستاره محافظت کند. به همین ترتیب هلیوم آنقدر انباشته می‌شود تا در نهایت به‌دلیل افزایش انرژی مشتعل گردد. این اشتعال ناگهانی به قدری نواحی داخلی ستاره را منبسط می‌کند که سبب بازایستادن ستاره از هیدروژن‌سوزی و انقباض لایه‌های بیرونی آن می‌شود. در نتیجه ستاره به کلی کم‌نور و منقبض خواهدشد. از کوچک‌شدن شعاع ستاره می‌توان به کم‌شدن تپندگی آن نیز پی‌برد.

هنگامی‌که ستاره منقبض می‌شود؛ یک الگوی تپندگی ثانویه در آن ایجاد خواهدشد. دوره‌ی تغییر درخشندگی اصلی ستاره تقریبا 200 روز می‌باشد؛ درحالی‌که الگوی ثانویه‌ی این تغییرات، حدود 111 روز است. رصدهای انجام‌شده توسط AAVSO، در کشف این پدیده تاثیر بسیار زیادی داشت. به نظر می‌رسد مطالعه درباره‌ی این تغییرات، اطلاعات زیادی را در مورد ساختار داخلی ستاره به ما بدهد.

توضیحی درباره‌ی گذشته و یک پیش‌بینی برای آینده

مولنر و همکارانش از مدل ساختار ستاره‌ای پیشنهادی خود برای استنباط ویژگی‌های آن استفاده کردند. ستاره‌ی T خرس کوچک، جرمی دو برابر خورشید و شعاعی 300 برابر شعاع خورشید دارد و به‌نظر می‌رسد سنی برابر 1/2 میلیارد سال داشته‌باشد.

این مدل علاوه بر توجیه عملکرد این ستاره در چند دهه‌ی گذشته، چگونگی عملکرد این ستاره در چند دهه‌ی آینده را نیز پیش‌بینی می‌کند. به عقیده‌ی محققان انقباض این ستاره و در نتیجه کاهش دوره‌ی تپش‌های آن، پیش از اینکه دوباره منبسط شده و شروع به درخشش کند؛ 50 سال دیگر نیز ادامه خواهد داشت. البته منجمان AAVSO کار خود را در این زمینه به درستی انجام داده‌اند.

این مدل برای درک تکامل ستاره‌ای طی میلیاردها سال طراحی شده؛ بنابراین اینکه می‌تواند عملکرد ستاره را طی چند دهه‌ی آینده نیز پیش‌بینی کند؛ بسیار شگفت‌انگیز است. این مدل پژوهشگران را قادر می‌سازد دید بهتری به آینده داشته باشند. مردیث جویس (Meridith Joyce)، یکی از پژوهشگران دانشگاه ملی استرالیا، در این‌باره می‌گوید: «پیش‌بینی می‌کنیم که ستاره‌ی T خرس کوچک پس از 5 تا 10 دوره تغییر الگوی تپندگی دیگر، تبدیل به یک کوتوله‌ی سفید خواهد شد. هر چرخه‌‌ی تپندگی، حدود 100 تا هزاران سال طول می‌کشد. البته این ستاره، در این میان دوره‌های بدون فعالیت و آرام نیز خواهد داشت.»

درخشش‌های ناگهانی این ستاره، ناشی از هلیوم و بادهای قدرتمندی است که مقدار زیادی از مواد لایه‌های بیرونی ستاره را با خود به‌همراه می‌آورد. اگرچه کاهش جرم، موضوع مورد مطالعه در این پژوهش نبوده؛ اما محققان تخمین زده‌اند که این ستاره تاکنون یک ششم کل جرم خود را به همین شکل از دست داده‌است. سرانجام زمانی‌که ستاره‌ی T خرس کوچک، به یک سحابی سیاره‌ای تبدیل شد؛ این پوسته‌های تشکیل‌شده از گاز و غبار، اطراف آن را احاطه خواهندکرد. به گفته‌ی جویس این ستاره، پیش از تبدیل‌شدن به یک کوتوله‌ی سفید، حداقل بیش از چندین هزار سال به شکل یک غول سرخ باقی خواهدماند.

مولنر اظهار داشت: «این که هنوز دهه‌ها طول می‌کشد تا پدیده‌های سریعی مانند آغاز تپش‌های حرارتی یک ستاره اندازه‌گیری شود؛ می‌تواند هرکسی را به فکر وادارد. ممکن است تمام زندگی شغلی یک پژوهشگر، صرف اثبات یا رد پیش‌بینی‌هایی از این دست شود. با این وجود قصد داریم که همچنان این ستاره را برای دهه‌های آتی زیر نظر داشته‌باشیم.»