دانشمندان چطور سن یک ستاره را محاسبه میکنند؟

بنظر پیچیده است؛ که چطور دانشمندان سن یک ستاره، در دور دست را تخمین می‌زنند! در این مطلب به‌طور مختصر مواردی را که برای محاسبه سن یک ستاره در نظر می‌گیرند، بررسی خواهیم کرد. به آن سادگی که فکرمی‌کنید، نیست! با کلیک، یا لمس گزینه مشاهده بیشتر، در ادامه این مطلب همراه مجله اینترنتی نیونیوز۱ باشید.

اطلاعات ما درمورد ستارگان و سنشان

نسبت به گذشته مسائل بیشتری را درمورد کیهان و ستارگانش می‌دانیم. اما نسبت به عظمت حقیقت موجود، هنوزهم اطلاعات ما درمورد ستارگان بسیار اندک و محدود است. اما با توجه به علمی که در محدوده سیاره خود می‌دانیم، می‌توانیم تخمین‌هایی درمورد شرایط جوی، جرم آن‌ها و تراکمشان بزنیم. در برخی موارد حتی جزئیات ریزتر و دقیق‌تری می‌دانیم. در کشف این داده‌ها قرن‌هاست که تلسکوپ به بشر یاری می‌رساند. از افراد غیرحرفه‌ای گرفته تا محققان، همگی با استفاده از تلسکوپ و نگاه به آسمان شب، ویژگی‌های کلیدی این اجرام آسمانی را، به ذهن می‌سپارند. در تکامل علم بسیاری از متغیرها و دامنه تغیراتشان اثبات شده‌اند. اما زمان تنها متغیری است که اثبات نشده باقی مانده است. با این وجود علم بشر توانسته زمانی را تعریف کند که در چارچوب آن، بتواند تحقیقات انجام دهد. این زمان تعریف شده، به ما یک مبدأ برای تعین سن ستارگان و سیاره خودمان می‌دهد.

زمان تعریف شده برای تولد ستارگان

طبق گفته دیوید سودربولم (از دانشمندان پروژه تلسکوپ اسپیس در مرکز پژوهشی بالتیمور)؛ خورشید تنها ستاره‌ای است، که سن آن را می‌دانیم. سخن او یعنی، سن ستارگان دیگر را براساس مبدأ زمانی به وجود آمدن خورشید، در نظر می‌گیریم. نخستین نکته برای درک سن یک ستاره در نظر گرفتن جبرش است. جبر در یک ستاره، ذات درونی آن، و نمود ظاهری این ذات است. نگاه به مدار دور یک سیاره یا ستاره، اطلاعاتی از طیف نوری که ساطع می‌کند به ما می‌دهد. اما بازهم جواب قطعی نیست! در سال ۲۰۱۹ یک اتفاق تکان دهنده تمام معادلات را برهم ریخت.

ستاره ابرغول سرخ بتلگئوس، در یک پدیده‌ای جدید این تخمین‌ها را دچار تزلزلی شدید نمود. در ابتدا فرض می‌شد این پدیده انفجار ابرنواختری قریب الوقوع باشد. بعد ثابت شد این فقط یک فاز بوده است! خودتان این موضوع را در ذهنتان تصور کنید؛ رفتاری عجیب از یک ستاره در مدت زمانی خاص! تا آن زمان تصور می‌شد این ستاره میانسال باشد. این تغییر تعبیر پدیده میانسالی را حتی در خورشید دگرگون کرد. این برداشت از آن زمان به وجود آمد که ستاره‌شناسان جدول زمانی میانسالی در ستارگان را کامل درک نکرده‌اند. 

محاسبه سن ستارگان

محاسبات سن ستارگان مبتنی بر علم فیزیک و اندازه‌گیری‌های غیر مستقیم است. به‌طور کلی و عمومی سه روش برای اندازه‌گیری سن ستارگان وجود دارد. که در ادامه بررسی کرده‌ایم. از دیگر مطالب مشابه با موضوع این مطلب، می‌توانید سفری به طول ۲۰۰۰ سال نوری در ویدئوی ۶۰ ثانیه‌ای ناسا را در نیونیوز۱ مطالعه نمایید.

روش اول: استفاده از نمودارهای هرتزسپرونگ-راسل

دانشمندان به سه گروه از اطلاعات درمورد ستارگان دسترسی دارند: نحوه تولد، زندگی و مرگ. برای مثال ستارگان به واسطه سوخت هیدروژن خود می‌سوزند، پف می‌کنند و گاز حاصل از سوخت آن‌ها در فضا پخش می‌شود. این پدیده می‌تواند از طریق یک انفجار یا یک ناله (انفجار خفیف و ممتد) خودش را نشان دهد. در عمر ستارگان جرم آن‌ها تاثیرگذار است. اغلب ستارگان با جرم بیشتر در جوانی می‌میرند. برخلاف ستارگان پرجرم ستارگان کم جرم می‌توانند میلیاردها سال بسوزند.

در ابتدای قرن بیستم دو محقق با نام‌های اجانار هرتزسپرونگ و هنری نوریس راسل این ایده را مطرح کردند که نور ستارگان با دمای آن‌ها ارتباط دارد. این رابطه را نمودارهای هرتزسپرونگ-راسل که به‌طور مختصر H-R خوانده می‌شوند، نشان داد. نمودار H-R با جریان، چرخه زندگی و نحوه قرارگیری ستارگان در آن زمان مطابقت داشت. امروزه دانشمندان از این الگو استفاده می‌کنند تا سن خوشه‌های ستاره‌‌ای را تعیین کنند. بنظر می‌رسد که زمان تشکیل آن‌ها نیز با این الگو مطابقت دارد. با این وجود تراویس متکالف، ستاره شناس از موسسه علوم فضایی در بولدر می‌گوید: این داده‌ها خیلی دقیق نیستند اما تنها چیزیست که داریم. گفته متکالف یعنی، روش مذکور صرفا تطابق دادن میزان روشنایی، با نمودارهای نظری H-R است.

روش دوم: کشف روند و نرخ چرخش در دهه ۱۹۷۰

در دهه ۱۹۷۰‌ اختر فیزیک‌دانان، متوجه این مسئله شدند که ستارگان در خوشه‌های جوان‌تر نسبت به ستارگانی که در خوشه‌های قدیمی‌تر هستند، سریع‌تر می‌چرخند. همین مسئله را در سرعت زندگی یک جوان و یک فرد مسن‌هم شاهد هستیم! نهایتا در سال ۱۹۷۲ ستاره‌شناس اندرو اسکومانیچ، با استفاده از سرعت چرخش و فعالیت سطحی ستاره یک معادله ساده ارائه کرد؛ که به شرح زیر است.

سرعت چرخش= (سن) به توان -½

-½ Rotation rate = (Age)

از این روش چندین دهه استفاده می‌شد. بعد ثابت شد برخی ستارگان با گذر عمرشان سرعت چرخش خود را کاهش نمی‌دهند. این به این معناست که آن‌ها این سرعت چرخش را تا آخر عمر حفظ می‌کنند. همان فرد مسن را یک فرد ورزشکار فرض کنید در مقابل جوانی که ورزش نمی‌کند! متکالف می‌گوید: برای ستارگان جوان‌تر از خورشید استفاده از نرخ چرخش کاربردی‌تر است. او برای ستارگان قدیمی‌تر از خورشید روش‌های دیگر را پیشنهاد کرد.

روش سوم: زلزله شناسی ستاره ای!

در این بین به روش سوم (زلزله‌شناسی ستاره‌ای) نیاز بود. زلزله‌شناسی ستاره‌‌ای به لطف تلسکوپ کپلر و نگاه مداوم به سیارات فراخورشیدی سومین روش شد. سوسو زدن (تغییر) نور یک ستاره می‌تواند سرنخ‌هایی از سن آن ارائه کند. محققان به تغییرات روشنایی ستارگان به چشم تغییراتی در زیر سطح این ستاره نگاه می‌کنند. با بررسی داده‌ها و مدل‌سازی، قادرند تخمینی از سن ستاره به دست آورند. این حجم عظیم داده‌ها به لطف تلسکوپ کپلر ثبت می‌شود. این روش اخیرا سرنخ‌هایی را برای تعبیر بحران مغناطیسی در میانسالی خورشید و تکامل کهکشان راه شیری ارائه کرده است. بدون شک تعداد سرنخ‌ها، با کمک تلسکوپ‌های جدید و بروز، بیشتر می‌شود. تلسکوپ‌هایی از جمله TESS ناسا، یا تلسکوپ CHEOPS مثال‌های خوبی هستند.

عظمت کیهان و گستره بی‌انتهای علم، هرروز دلیلی تازه برای فکرکردن، به ما می‌دهد. از ستارگان بالای سرمان در شبی با آسمان آرام که گذر کنیم، از تکامل کهکشان‌ها و دوران ستارگان که رد شویم، به احتمال حیات فرازمینی خواهیم رسید! اما زمانی که این حیات را اثبات کنیم، نخستین پرسش چیست؟ این است که این سیاره چند سال دارد؟ سودربلوم می‌گوید: سوال سختی است و پاسخ به آن نیز سخت خواهد بود!

آیا فرازمینی ها ما را رصد می‌کنند؟ مطلب زیر پاسخ را به شما خواهد گفت!

توجه فرازمینی‌ ها به بمب اتمی اوپنهایمر که ممکن بود زمین را نابود کند!

برگرفته از داده‌های: Sciencenews

نویسنده و گردآورنده مطلب: امیر بلادی–نیونیوز۱