وبلاگ اخبار روز - اخبار برگزیده
» دانشمندان چگونه سن یک ستاره را محاسبه می کنند؟
دانشمندان چگونه سن یک ستاره را محاسبه می کنند؟
آنقدرها هم که فکر می کنید آسان نیست
خوشه هایی از ستارگان مانند این، که NGC6405 یا خوشه پروانه نامیده می شوند، همه ستاره های خود را در همان زمان تشکیل دادند. این واقعیت به اخترشناسان کمک کرده است تا بدانند خوشه های ستاره ای چقدر قدیمی هستند. اما یافتن سن تک ستاره ها بسیار سخت تر است.
ما چیزهای زیادی در مورد ستاره ها می دانیم. پس از قرن‌ها بررسی های تلسکوپ به سمت آسمان شب، اخترشناسان و آماتورها می‌توانند ویژگی‌های کلیدی هر ستاره، مانند جرم یا ترکیب آن را دریابند.
برای محاسبه جرم یک ستاره، فقط به دوره مداری آن نگاه کنید و کمی جبر انجام دهید. برای تعیین اینکه از چه چیزی ساخته شده است، به طیف نوری که ستاره ساطع می کند نگاه کنید. اما تنها متغیری که دانشمندان هنوز کاملاً نشکافته اند زمان است.
دیوید سودربلوم، ستاره شناس از موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور، می گوید: خورشید تنها ستاره ای است که سن او را می شناسیم. "همه چیزهای دیگر از آنجا بوت استرپ شده است."
حتی ستارگانی که به خوبی مطالعه شده اند، هر از چند گاهی دانشمندان را شگفت زده می کنند. در سال 2019، زمانی که ستاره ابرغول سرخ بتلژوز کم نور شد، اخترشناسان مطمئن نبودند که آیا فقط یک مرحله را پشت سر می‌گذارد یا یک انفجار ابرنواختری قریب‌الوقوع است. ( معلوم شد که این فقط یک فاز بوده است.) زمانی که دانشمندان متوجه شدند که خورشید مانند سایر ستاره های میانسال رفتار نمی کند، خورشید نیز همه چیز را تکان داد. در مقایسه با سایر ستارگان هم سن و هم جرم ، از نظر مغناطیسی فعال نیست. این نشان می دهد که ستاره شناسان ممکن است به طور کامل جدول زمانی میانسالی را درک نکنند.
محاسبات مبتنی بر فیزیک و اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم سن یک ستاره می‌تواند تخمین‌هایی را به اخترشناسان بدهد . و برخی از روش ها برای انواع مختلف ستاره ها بهتر عمل می کنند. در اینجا سه روشی که اخترشناسان سن یک ستاره را محاسبه می کنند آورده شده است.
نمودارهای هرتسسپرونگ-راسل
دانشمندان در مورد چگونگی تولد ستارگان، نحوه زندگی و نحوه مرگ آنها اطلاعات بسیار خوبی دارند. به عنوان مثال، ستارگان از طریق سوخت هیدروژنی خود می سوزند و در نهایت گازهای خود را به فضا خارج می کنند، چه با یک انفجار یا صدا. اما زمانی که دقیقاً هر مرحله از چرخه زندگی یک ستاره اتفاق می افتد، همه چیز پیچیده می شود. بسته به جرمشان، ستارگان خاصی پس از چند سال متفاوت به آن نقاط برخورد می کنند. ستارگان پرجرم تر در جوانی می میرند، در حالی که ستارگان کم جرم می توانند میلیاردها سال بسوزند.
در آغاز قرن بیستم، دو ستاره شناس - اجانار هرتسسپرونگ و هنری نوریس راسل - به طور مستقل به این ایده رسیدند که دمای ستارگان را در برابر درخشندگی آنها ترسیم کنند . الگوهای موجود در نمودارهای هرتزسپرونگ-راسل یا HR با مکان ستارگان مختلف در آن چرخه زندگی مطابقت دارد. امروزه دانشمندان از این الگوها برای تعیین سن خوشه های ستاره ای استفاده می کنند که تصور می شود ستارگان آن ها همگی در یک زمان تشکیل شده اند.
احتیاط این است ، مگر اینکه ریاضی و مدل سازی زیادی انجام دهید، این روش را می توان فقط برای ستاره های خوشه ها یا با مقایسه رنگ و روشنایی یک ستاره با نمودارهای نظری HR استفاده کرد. تراویس متکالف، ستاره شناس موسسه علوم فضایی در بولدر، کولو، می گوید: «این خیلی دقیق نیست. با این وجود، این بهترین چیزی است که ما داریم.»
نرخ چرخش
در دهه 1970، اخترفیزیکدانان متوجه روندی شده بودند: ستارگان در خوشه‌های جوان‌تر سریعتر از ستاره‌های خوشه‌های قدیمی‌تر می‌چرخند. در سال 1972، ستاره شناس اندرو اسکومانیچ از سرعت چرخش و فعالیت سطحی یک ستاره برای ارائه یک معادله ساده برای تخمین سن ستاره استفاده کرد : نرخ چرخش = (سن) -½ .
این روش برای چندین دهه برای ستارگان منفرد بود، اما داده‌های جدید حفره‌هایی در کاربرد آن ایجاد کرده‌اند. به نظر می رسد که برخی از ستاره ها وقتی به سن خاصی می رسند، سرعت خود را کاهش نمی دهند. در عوض آنها همان سرعت چرخش را تا آخر عمر خود حفظ می‌کنند.
متکالف می گوید: «چرخش بهترین چیزی است که می توان برای ستاره های جوان تر از خورشید استفاده کرد. برای ستاره های مسن تر از خورشید، روش های دیگر بهتر است.
زلزله شناسی ستاره ای
داده‌های جدیدی که نرخ چرخش را تایید می‌کند بهترین راه برای تخمین سن یک ستاره نیست. کپلر نه تنها یک موهبت برای تحقیقات سیارات فراخورشیدی بود، بلکه با خیره شدن به همان ستاره‌ها برای مدتی طولانی، لرزه‌شناسی ستاره‌ای را به پیش برد.
تماشای سوسو زدن ستاره می تواند سرنخ هایی از سن آن به دست دهد. دانشمندان به تغییرات در روشنایی ستاره به عنوان شاخصی از آنچه در زیر سطح روی می دهد نگاه می کنند و از طریق مدل سازی، تقریباً سن ستاره را محاسبه می کنند. برای انجام این کار، به یک مجموعه داده بسیار بزرگ در روشنایی ستاره نیاز است - که تلسکوپ کپلر می تواند ارائه دهد.
این رویکرد به آشکار شدن بحران مغناطیسی میانسالی خورشید کمک کرد و اخیراً سرنخ هایی در مورد تکامل کهکشان راه شیری ارائه کرد. حدود 10 میلیارد سال پیش، کهکشان ما با یک کهکشان کوتوله برخورد کرد . دانشمندان دریافته‌اند که ستارگانی که از آن کهکشان کوتوله به جا مانده‌اند، جوان‌تر یا تقریباً همسن با ستارگان کهکشان راه شیری هستند. بنابراین، کهکشان راه شیری ممکن است سریعتر از آنچه قبلا تصور می شد تکامل یافته باشد.
همانطور که تلسکوپ‌های فضایی مانند TESS ناسا و CHEOPS آژانس فضایی اروپا تکه‌های جدید آسمان را بررسی می‌کنند، اخترفیزیکدانان می‌توانند درباره چرخه زندگی ستاره‌ها اطلاعات بیشتری کسب کنند و تخمین‌های جدیدی برای ستاره‌های بیشتر ارائه دهند.
گذشته از کنجکاوی در مورد ستارگان در حیاط خلوت خودمان، دوران ستارگان پیامدهایی فراتر از منظومه شمسی ما، از شکل گیری سیاره تا تکامل کهکشان ها - و حتی جستجو برای حیات فرازمینی دارد.
«یکی از این روزها - احتمالاً مدتی طول می کشد - کسی ادعا می کند که نشانه هایی از حیات را در سیاره ای در اطراف ستاره دیگری می بیند.
اولین سوالی که مردم می پرسند این است که "این ستاره چند سال دارد؟"" سودربلوم می گوید. "پاسخ به این سوال سخت خواهد بود."
منبع : Science News
