سرنوشت عالم- قسمت اول: کوتوله های سفید

ترجمه و تالیف: اصغر ناصری

وقتی ستاره هایی در حد واندازه خورشید ما با از دست دادن ذخیره سوخت هیدروژنی به پایان عمر خود نزدیک می‌شوند، به نوعی ستاره تبهگن به نام کوتوله سفید (white dwarf) تبدیل می‌شوند. در مراحل پایانی سوزاندن ذخیره هسته‌ای، این نوع ستاره ها بیشتر جرم بیرونی خود را دفع کرده و یک سحابی سیاره ای به وجود می آورند. تنها هسته داغ ستاره باقی می‌ماند. این هسته به کوتوله سفید بسیار داغی تبدیل می شود که دمای آن از صدهزار درجه کلوین تجاوز می نماید. اگر کوتوله سفید با جذب ماده از ستارگان مجاور حیات دوباره نیابد، در طی چند میلیارد سال آتی سرد خواهد شد. کوتوله های سفیدی که در نزدیکی ما کشف شده اند اشعه ایکس کم انرژی تابش می کنند. اخیرا مشاهده این ستارگان توسط نور ماوراء بنفش اطلاعات زیادی درباره ترکیب جو نازک این ستاره ها فراهم ساخته است. 

  

سرنوشت خورشید از دید یک هنرمند. خورشید کنونی (سمت چپ) تبدیل شدن آن به غول سرخ پس از پایان سوخت هسته‌ای (وسط) و چروک خوردن آن به شکل کوتوله سفید (راست) 

یک کوتوله سفید نوعی جرمی در حدود خورشید دارد، لیکن اندازه آن تنها کمی از زمین بزرگتر است. کوتوله سفیدی به اندازه زمین چگالی در حد 1x 10⁹ کیلوگرم بر مترمکعب خواهد داشت. به عبارتی چنین کوتوله سفیدی ٢٠٠٠٠٠ برابر چگالتر از زمین است. 

درون یک کوتوله سفید 

یک کوتوله سفید قادر به ایجاد فشار درونی ناشی از انبساط حرارتی نیست، نیروی گرانش باعث تراکم و رمبش (collapse) ستاره می شود بطوریکه حتی الکترونهای پوسته خارجی اتمها به یکدیگر می چسبند. در شرایط عادی الکترونهایی که اسپین یکسان دارند نمی توانند سطوح انرژی یکسان را اشغال نمایند. از آنجایی که الکترون تنها در دوجهت می تواند بچرخد، تنها دو الکترون می توانند یک سطح انرژی معادل را اشغال کنند. این واقعیت به عنوان اصل طرد پاولی موسم است. در یک گاز معمولی به علت فاصله زیاد الکترونها مشکلی ایجاد نمی شود، اما در یک کوتوله سفید بسیار چگال  الکترونها بسیار به یکدیگر نزدیکند بطوریکه ماده سازنده آنها به نام گاز تبهگن (degenerate gas) موسوم گردیده، یعنی حالتی که تمامی سطوح انرژی توسط الکترونها اشغال شده اند. در این حالت کوتوله سفید دیگر قادر به تراکم بیشتر نیست زیرا فضای اضافی دیگری برای اشغال توسط الکترونها نمانده است. 

ستاره شناس هندی سوبرامانیان چاندراسخار کشف کردکه چگالترین کوتوله سفید می تواند حداکثر جرمی ١.٤ برابر جرم خورشید داشته باشد. این عدد به عنوان حد چاندراسخار موسوم است. 

اتمسفر یک کوتوله سفید حالتی بسیار غریب دارد. اتمهای سنگین تر در اتمسفر آن شناورند و اتمهای سبکتردر سطح ستاره باقی می مانند. برخی کوتوله های سفید دارای جوی خالص از هیدروژن یا هلیوم هستند. ارتفاع این جو تنها به چند ده متر می رسد.

دانشمندان بر این باورندکه در زیر اتمسفر بیشتر کوتوله های سفید جبه ای به ضخامت ٥٠ کیلومتر وجود دارد. زیر این جبه شبکه ای بلوری از اتم‌های کربن و اکسیژن خالص قرار دارد. این یکی دیگر از ویژگی های غیرعادی این اجرام آسمانی است. 

  

سحابی سیاره ای نزدیک NGC 2440 که یک کوتوله سفید با دمای سطحی ٢٠٠٠٠٠ هزار درجه سلسیوس را احاطه کرده است. منبع: 

http://astronomy.nmsu.edu/nicole/teaching/astr110/lectures/lecture24/slide03.html 

منبع: 

http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/dwarfs.html