کاروتک
چگونه می‌توان سن ستارهها را تشخیص داد و محاسبه کرد؟
شاید دهه‌های پیش به این شکل نبود اما حالا راجع به ستارهها، اطلاعات زیادی داریم. بعد از قرن‌ها توسعه و تماشا کردن از تلسکوپ‌های مختلف در تاریکی شب، حالا اخترشناس‌ها به جایی رسیده‌اند که می‌توانند از جرم و ترکیب ستاره‌های مختلف، اطلاعات جدیدی از آن‌ها کشف کنند.
برای محاسبه جرم یک ستاره، فقط به «دوره مداری» آن نگاه می‌کنند و با انجام دادن چند جبر مختلف، می‌توانند به جواب موردنظرشان برسند. برای تعیین این‌که اخترها از چه چیزی ساخته شده‌اند، به طیف نوری که ستاره ساطع می‌کند، به دقت توجه می‌کنند اما تنها متغیری که دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند به آن برسند، بررسی زمان تولد هر ستاره است.
دیوید سودربلوک، اخترشناس معروف از موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور، راجع به این موضوع گفته است:
«خورشید تنها ستاره‌ای است که سن آن را می‌دانیم؛ بقیه موارد و ستارهها بعد از آن شکل گرفتند که سن‌های متفاوت‌های دارند.»
حتی ستارگانی که به خوبی مطالعه شده‌اند، هر از چندگاهی دانشمندان را شگفت‌زده می‌کنند. در سال ۲۰۱۹، زمانی که ستاره ابرغول سرخ «بتلگئوس» کم نور شد، اخترشناس‌ها مطمئن نبودند که آیا این ستاره در حال گذر از یک مرحله جهش است یا قرار است که انفجاری ابراختری (Supernova) اتفاق بیافتد.
زمانی که دانشمندها متوجه شدند خورشید مثل دیگر ستاره‌های میان‌سال رفتار نمی‌کند و الگوی رفتاری آن بسیار متفاوت‌تر دیگر ستارهها است، به شک و شبهه‌های زیادی افتادند. تا جایی که بعضی از دانشمندها به این عقیده رسیده بودند که خورشید یک ستاره نیست و می‌توان آن را به عنوان جسمی ناشناخته در نظر گرفت.
در مقایسه با سایر ستاره‌های همسن و هم‌جرم، خورشید از لحاظ مغناطیسی فعال نیست. این نشان می‌دهد که ستاره‌شناس‌ها ممکن است به طور کامل جدول زمانی میانسالی را درک نکرده باشند و تمام جبرهایی که برای شناسایی سن یک ستاره استفاده می‌کنند، اشتباه باشد؛ اتفاقی که برای جامعه اخترشناس‌ها بدون شک، اتفاقی ترسناک بود و آن‌ها باید روش‌های خود را به هر شکلی که می‌توانستند، تغییر می‌دادند.
محاسبات متبنی بر فیزیک و اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم سن یک ستاره می‌تواند تخمین‌هایی از سن ستارهها را به ستاره‌شناس‌ها بدهد اما هیچ‌وقت نمی‌تواند دقیق باشد. برخی از روش‌ها برای انواع مختلف ستارهها بهتر عمل می‌کند و به همین ترتیب این روش‌ها برای بعضی از مدل ستارهها به هیچ‌وجه حتی نزدیک به تقریب هم عمل نمی‌کند. در ادامه به سه‌روشی که اخترشناس‌ها می‌توانند سن یک ستاره را محسابه کنند را توضیح خواهیم داد.
دیاگرام‌های هرتزسپرونگ-راسل
نمونه‌ای از یک دیاگرام هرتزسپرونگ-راسل
تقریبا می‌توان گفت که اخترشناس‌ها اطلاعات خوب و مناسبی راجع به تولد، نحوه زندگی و نحوه مرگ ستارهها دارند. به عنوان مثال، ستارهها از طریق سوخت هیدروژنی خود می‌سوزند، بزرگ‌تر می‌شوند و در نهایت گازهای خود را به فضا خارج می‌کنند؛ حالا این تخلیه گاز می‌تواند با یک انفجار صورت بگیرد یا مثل یک لاستیک پنچر شده، به آرامی اتفاق بیافتد.
اما زمانی که دقیقا هر مرحله از چرخه زندگی یک ستاره اتفاق می‌افتد، همه چیز پیچیده‌تر از قبل می‌شود. بسته به جرم آن‌ها، ستارگان خاصی پس از چندین سال متفاوت به آن نقاط برخورد می‌کنند. ستارگان پرجرم‌تر در جوانی می‌میرند، در حالی که ستارگان کم‌جرم می‌توانند میلیاردها سال بسوزند و روشن باشند.
در آغاز قرن بیستم، دو ستاره شناس به نام‌های «اجانار هرتسپرونگ» و «هنری نوریس راسل» به طور مستقل به این ایده رسیدند که دمای ستارهها را باید در مقابل درخشندگی آن‌ها ترسیم کنند. الگوهای این نمودارهای هرتزسپرنگ-راسل یا H-R مطابق با مکان ستارگان مختلف در آن چرخه زندگی بود و هنوز هم این الگو تغییر نکرده و تا همین امروز در خیلی از بزرگ‌ترین دانشکده‌های اخترشناسی، به عنوان یکی از اساسی‌ترین راه‌ها تدریس می‌شود.
اما در این میان نکته بسیار مهمی وجود دارد که باید آن را در نظر داشت؛ این کار فقط با انجام دادن جبر، ریاضی و مدل‌سازی زیاد انجام می‌شود که در این روش می‌توان ستارگان در خوشه‌ها یا با مقایسه رنگ و روشنایی ستاره دیگر با نمودارهای نظری H-R استفاده کرد که شاید کمی فهم آن سخت به نظر برسد، اما نگران نباشید.
حالا می‌خواهیم توضیح ساده‌تری از این موضوع را ارائه بدهیم. یعنی زمانی که سن ستارهها را به کمک این نمودارها اندازه‌گیری می‌کنیم، باید در نظر داشته باشیم جبر و مدل‌سازی که انجام می‌دهیم را نمی‌توانیم برای همه ستارهها انجام بدهیم. مقیاس نور و دمای ستارهها باید یک اندازه باشد که بتوانیم همان الگوها را تکرار کنیم که معمولا معدود این موضوع اتفاق می‌افتد.
«تراویس متکالف»، ستاره‌شناس موسسه علوم فضایی در بولدر، راجع به این موضوع نظر جالبی داده است. او می‌گوید که:
«این روش به هیچ‌وجه دقیق نیست؛ اما در حال حاضر این بهترین ابزاری است که برای تخمین سن ستارهها در اختیار داریم.»
نرخ چرخش
نموداری نرخ چرخش ستارهها
در دهه ۱۹۷۰، اخترفیزیک‌شناس‌ها متوجه روند عجیبی شده بودند؛ ستاره‌هایی که در خوشه‌های جوان‌تر قرار داشتند، سریع‌تر از ستاره‌های خوشه‌های قدیمی‌تر می‌چرخند. در سال ۱۹۷۲، ستاره شناس اندرو اسکومانیچ از سرعت چرخش و فعالیت سطحی ستاره برای ارائه یک معادله ساده برای تخمین سن ستاره استفاده کرد.
این معادله بدین شکل بود: نرخ چرخش = (سن) – ½.
این روش برای چندین دهه برای ستاره‌های منفرد بود، اما داده‌های جدید حفره‌هایی در کاربرد آن ایجاد کردند. به نظر می‌رسد که برخی از ستارهها وقتی به سن خاصی می‌رسند، سرعت خود را کاهش نمی‌دهند. در عوض آن‌ها همان سرعت چرخش را تا آخر عمر خود حفظ می‌کنند و زمانی هم که عمرشان تمام شود، به انفجار می‌رسند.
متکالف راجع به این گفته:
«نرخ چرخش بهترین چیزی است که می‌توان برای ستاره‌های جوان‌تر از خورشید، برای محاسبه سن استفاده کرد. برای ستاره‌های مسن‌تر از خورشید، روش‌های دیگر را بهتر می‌دانم.»
تشخیص زلزله‌های ستاره‌ای
نموداری نرخ چرخش ستارهها
داده‌های جدیدی که نرخ چرخش را تایید می‌کند، بهترین راه برای تخمین سن یک ستاره نیست؛ این موضوع توسط یکی از تلسکوپ‌های حاشیه‌برانگیز دنیای اخترشناسی یعنی تلسکوپ فضایی کپلر تایید شده است.
تلسکوپ فضایی کپلر به معنای واقعی کلمه یک هدیه الهی برای تحقیق‌های سیاره‌های فراخوشیدی بود؛ این تسلکوپ فضایی حتی با خیره شدن به همان ستارهها برای مدتی طولانی، توانست لرزه‌شناسی ستاره‌ای را انجام دهد که کمک بزرگی به جامعه اخترشناس‌ها بود.
تماشای سوسو کردن یک ستاره می‌تواند سرنخ‌هایی از سن آن را در اختیار محقق بدهد. دانشمندها به تغییرات در روشنایی ستاره به عنوان بخشی از آنچه زیر سطح ستاره رخ می‌دهد، نگاه می‌کنند و از طریق مدل‌سازی، می‌توانند سن تقریبی ستاره را محاسبه کنند.
برای انجام این کار، به یک مجموعه داده عظیم در روشنایی ستاره نیاز است که تلسکوپ کپلر می‌توانست به خوبی آن را ارائه بدهد. به همین خاطر است که تلکسوپ فضایی کپلر را می‌توان یکی از شاهکارترین اتفاق‌های دنیای اخترشناسی قلمداد کرد.
«سودربلوم» می‌گوید:
«همه فکر می‌کنند همه چیز برای ما در پیدا کردن سیاره‌های مختلف معنی شده بود که شاید هدف اصلی هم به همین موضوع خلاصه می‌شد اما دوست دارم بگویم که ماموریت کپلر یک ماموریت فیزیک ستاره‌ای بود که پنهانی کار خودش را انجام داد.»
این رویکرد به آشکار شدن بحران مغناطیسی میانسالی خورشید کمک کرد و اخیرا سرنخ‌هایی در مورد تکامل کهکشان راه شیری را ارائه کرد. حدود ۱۰ میلیارد سال پیش، کهکشان ما با یک کهکشان بسیار بسیار کوچک برخورد کرد که به اصطلاح این کهکشان را Dwarf یا همان کهکشان کوتوله قملداد می‌کنند.
دانشمندها از این برخورد فهمیدند که ستاره‌هایی که از آن کهکشان کوتوله به جا مانده‌اند، جوان‌تر یا تقریبا همسن با ستاره‌های کهکشان راه شیری هستند. بنابراین، کهکشان راه شیری ممکن است سریع‌تر از آنچه که در گذشته اخترشناس‌ها تصور می‌کردند، به کمال خود رسیده باشد.
همانطور که تلسکوپ‌های فضایی مختلفی مثل TESS ناسا و CHEOPS آژانس فضایی اروپا تکه‌های جدید آسمان را بررسی می‌کنند، اخترفیزیک‌شناس‌ها می‌توانند درباره چرخه زندگی ستارهها اطلاعات بیشتری کسب کنند و تخمین‌های جدیدی برای ستاره‌های بیشتر ارائه بدهند.
سخن آخر
گذشته از کنجکاوی در مورد ستارهها که هر شب به آن‌ها خیره می‌شویم، سن ستارهها در زندگی ما اهمیت ویژه‌ای دارد. اگر روزی به فرمول و جبر دقیق سن ستارهها برسیم، می‌توانیم کارهای بزرگی با آن انجام دهیم و اطلاعات بیشتری راجع به انسان‌های اولیه پیدا کنیم. راجع به کره زمین و کلی سیاره دیگر که هنوز چیزی راجع به آن‌ها نمی‌دانیم.
در آخر مقاله، با یکی از زیباترین جمله‌های اخترشناس معروف یعنی «سودربلوم»، نوشته را به پایان می‌رسانیم:
یکی از همین روزها که احتمال مدت زمان زیادی طول می‌کشد که به آن برسیم، کسی ادعا می‌کند که نشانه‌هایی از حیات را در سیاره‌ای در اطراف ستاره دیگری می‌بیند. اما مردم از او می‌پرسند که این ستاره چند سال سن دارد؟ آن وقت است که همان مدعی نمی‌تواند به سوال پاسخ بدهد؛ چون جواب دادن به این سوال، کار بسیار سختی است.
نظر شما چیست؟
انتشار متن مطالب کاروتک در نشریات کاغذی یا رسانه‌های دیجیتال٬ بدون کسب اجازه از مدیر سایت ممنوع است.
کاری با 
در استودیو کارو
