دانشمندان چگونه سن یک ستاره را مشخص می کنند؟

ستارگان یک خوشه معمولا در یک زمان به وجود آمده اند.

ما چیزهای زیادی درباره ستارگان می دانیم. پس از قرنها رصد ستارگان با تلسکوپ در آسمان شب، ستاره شناسان توانسته اند به صفت اصلی ستاره ها مانند جرم یا ترکیب شیمیایی آن دست یابند.

برای محاسبه جرم یک ستاره تنها کافی است به دوره گردش مداری آن توجه کرده و محاسبات جبری اندکی انجام دهیم. برای تعیین ترکیب شیمیایی آن طیف نور ستاره را مطالعه می کنیم. اما یک متغیر است که هنوز دانشمندان نتوانسته اند آنرا بطور کامل رمزگشایی کنند و آن، "زمان" است.

خورشید تنها ستاره ای است که عمر آن را می دانیم. حتی ستارگانی که به خوبی مطالعه شده اند دانشمندان را گاه به گاه به تحیر وا می دارند. در 2019 وقتی ابرغول قرمز ابط الجوزا تیره شد، ستاره شناسان مردد شدند که آیا این ستاره از یکی از مراحل عمر خود عبور کرده یا یک انفجار ابرنوستاره ای در حال وقوع است. خورشید نیز گاهی اوقات چنان رفتار می کند که گویا بر خلاف تصور پیشین در میانه عمر خود نیست. این ستاره مانند سایر ستارگان هم سن و هم جرم خود فعالیت مغناطیسی شدیدی ندارد. این امر دال بر این است که ستاره شناسان هنوز خط زمانی میانه عمر یک ستاره را بدرستی نمی دانند.

بطور کلی سه روش برای تعیین عمر ستاره وجود دارد که هرکدام برای گروهی از ستاره ها بهتر عمل می کنند.

نمودارهای هرتزپرانگ – راسل

ستارگان در چرخه عمر خود با سوزاندن ذخیره هیدروژنی خود متورم شده و بخش عمده ای از گازهای خود را به فضا پرتاب می‌کنند. ستارگان پرجرم تر ذخیره سوخت هیدروژنی خود را سریعتر به پایان رسانده و عمر کوتاهتری دارند در حالی که ستارگان کم جرم تر م یتوانند میلیاردها سال عمر کنند.

در ابتدای قرن بیستم دو دانشمند به نامهای هرتزپرانگ و راسل بطور مستقل نموداری از دمای ستارگان بر حسب درخشندگی آنها تهیه کردند. این نمودارها نشان می دهند هر ستاره ای در کجای چرخه عمر خود قرار دارد. امروزه دانشمندان از این الگوها برای تعیین سن خوشه های ستاره ای استفاده می کنند. این باور وجود دارد که ستاره های یک خوشه در یک زمان به وجود آمده اند.

اما برای ربط دادن عمر ستاره های بیرون یک خوشه مشخص به سن آن خوشه، این نمودارها چندان دقیق نیستند و نیاز به محاسباتی طولانی دارند.

سرعت دوران

تا دهه 1970 ستاره شناسان متوجه یک روند شده بودند: ستارگان در خوشه های جوانتر سریعتر از ستارگان خوشه های کهن تر می‌گردند. در 1972 اندرو اسکومونیچ از نرخ دوران یک ستاره و فعالیت سطحی آن برای پیشنهاد معادله ساده ای استفاده کرد که برای تخمین سن ستاره بکار می آید: سرعت دوران عبارت است از سن به توان منفی یک دوم. این معادله چند دهه مورد استفاده بود ولی داده های جدید رخنه ای در آن نشان داده اند. بنظر می رسد برخی ستارگان با فرارسیدن یک سن مشخص دیگر دوران خود را آهسته نمی کنند بلکه سرعت دوران خود را تا آخر عمر خود حفظ می کنند. به باور دانشمندان این معادله برای ستارگان جوانتر از خورشید کاربرد دارد.

زلزله نگاری ستاره ای

تلسکوپ فضایی کپلر که برای شکار سیارات خارج از منظومه شمسی به فضا فرستاده شده بود، با نگریستن درازمدت به چند ستاره به مدت طولانی توانست به کشف مهمی برسد. تماشای تکانهای ستاره ای به مدت طولانی می تواند کلیدی مهم درباره سن آن در اختیار ما قرار دهد. دانشمندان به تغییرات در درخشندگی یک ستاره به عنوان شاخصی از آنچه در زیر سطح آن روی می دهد می نگرند و از طریق مدلسازی می توانند سن ستاره را تقریب بزنند. برای انجام این کار به داده های فراوانی در مورد درخشندگی ستاره نیاز است که توسط تلسکوپ کپلر بخوبی تعیین شد.

اکنون دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که ده میلیارد سال قبل کهکشان راه شیری ما به یک کهکشان کوتوله برخورد کرد. ستارگانی که از آن کهکشان کوتوله برجای ماندند جوانتر یا هم سن کهکشان راه شیری ما هستند. بنابراین ممکن است کهکشان راه شیری سریعتر از آنچه قبلا تصور می شد تکامل یافته باشد.

با وجود تمام پیشرفت های صورت گرفته تعیین سن یک ستاره هنوز چالش بزرگی برای ستاره شناسان است. این امر به ماهیت زمان بر می‌گردد، زیرا زمان یکی از پیچیده ترین مفاهیمی است که بشر تاکنون به آن اندیشیده است.

https://www.sciencenews.org/article/star-age-calculation-astronomy-life-cycle

---

تبلیغات

تدریس دروس ریاضیات دانشگاه

ریاضی عمومی 1 و 2 - معادلات دیفرانسیل - محاسبات عددی

ریاضیات مهندسی

توسط مدرس با سابقه

شماره تماس: [phone]