اخترشناسان نخستین ستاره سبز و سرخ‌ترین ستاره کیهان را کشف کردند

با وجود نام کوتوله‌های سفید، این ستاره‌ها می‌توانند در طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها، حتی سبز، بدرخشند.

اخترشناسان برای نخستین بار ستاره‌ای را شناسایی کرده‌اند که از دید انسان سبز به نظر می‌رسد و همچنین نامزد سرخ‌ترین ستاره ثبت‌شده تاکنون را یافته‌اند. این ستاره‌های غیرمعمول به دانشمندان کمک می‌کنند تا دریابند چرا برخی کوتوله‌های سفید در صورت مشاهده از فاصله نزدیک در فضا، ممکن است سبز، صورتی، فیروزه‌ای، زرد یا بنفش دیده شوند. نتایج این پژوهش در مقاله‌ای منتشرشده در نشریه RAS Techniques and Instruments شرح داده شده است.

جست‌وجو برای یافتن تابشگر کامل

کوتوله‌های سفید بقایای متراکم ستاره‌هایی مانند خورشید هستند که پس از پایان عمر خود باقی می‌مانند. رنگ بیشتر ستاره‌ها اطلاعاتی درباره دمای آن‌ها ارائه می‌دهد. ستاره‌های سردتر معمولاً نارنجی به نظر می‌رسند، درحالی‌که ستاره‌هایی با دمای نزدیک به خورشید، سفید دیده می‌شوند.

داغ‌ترین ستاره‌ها نیز درخششی آبی‌رنگ دارند؛ مشابه آهنی که هنگام حرارت دیدن در آهنگری، ابتدا قرمز و سپس نارنجی و در نهایت سفید می‌شود. اخترشناسان تصور می‌کردند کوتوله‌های سفید نیز از همین الگو پیروی می‌کنند. نام این ستاره‌ها نیز پس از شناسایی نمونه‌های اولیه انتخاب شد؛ زیرا دمای بسیار بالایی داشتند و به رنگ سفید یا آبی کم‌رنگ می‌درخشیدند.

مارک هالندز، یکی از نویسندگان پژوهش و اخترشناس دانشگاه وارویک انگلستان، در بیانیه‌ای گفت

بیشتر ستاره‌ها، از جمله بخش عمده کوتوله‌های سفید، مانند تابشگرهای کامل رفتار می‌کنند؛ بنابراین رنگ آن‌ها تقریباً به‌طور کامل به دما بستگی دارد. با این حال، تاکنون کسی به‌طور جدی بررسی نکرده بود که کوتوله‌های سفید چه رنگ‌های دیگری می‌توانند داشته باشند. اکنون مشخص شده که این ستاره‌های فوق‌العاده متراکم قادر به تولید رنگ‌هایی هستند که انتظارشان را نداشتیم و برخی از آن‌ها واقعاً مرا شگفت‌زده کردند.

به گفته پژوهشگران، چگالی عامل اصلی شکل‌گیری این رنگ‌های غیرمعمول است. جو سردترین کوتوله‌های سفید ممکن است به چگالی آب، یعنی حدود یک گرم بر سانتی‌متر مکعب، برسد. این میزان چگالی میلیون‌ها برابر بیشتر از چگالی لایه فتوسفر خورشید، یعنی پایین‌ترین بخش جو آن، است. در چنین شرایطی، عناصر موجود در مقادیر اندک، مانند کربن، کلسیم و سدیم، با پلاسمای متراکم هلیوم اطراف خود برهم‌کنش دارند. این برهم‌کنش باعث می‌شود عناصر یادشده طیف گسترده‌تری از طول موج‌های نور را نسبت به شرایط کم‌چگال جذب کنند. در نتیجه، رنگ ستاره از حالت‌های معمول نارنجی، سفید و آبی فاصله می‌گیرد.

متأسفانه هیچ کوتوله سفید شناخته‌شده‌ای آن‌قدر به زمین نزدیک نیست که بتوان رنگ واقعی آن را مستقیماً مشاهده کرد. به همین دلیل، پژوهشگران رنگ این ستاره‌ها را با استفاده از داده‌هایی محاسبه کردند که اخترشناسان به‌طور معمول گردآوری می‌کنند؛ یعنی طیف نوری ستاره. طیف مانند اثر انگشت هر ستاره عمل می‌کند و زمانی شکل می‌گیرد که نور آن بر اساس طول موج از هم تفکیک شود؛ فرایندی مشابه تجزیه نور خورشید به رنگ‌های رنگین‌کمان توسط منشور. سپس دانشمندان این طیف‌ها را وارد یک مدل رایانه‌ای کردند تا مشخص شود نور هر ستاره از دید چشم انسان چه رنگی خواهد داشت.

در تصاویر بالایی سمت چپ، ستاره شباهنگ B، نزدیک‌ترین کوتوله سفید به منظومه شمسی، با جوی داغ و سرشار از هیدروژن دیده می‌شود که رنگی آبی و کم‌رنگ به آن می‌بخشد. در مقابل، ستاره WDJ1147-7449 از جمله کوتوله‌های سفید سرد نزدیک به زمین به شمار می‌رود و به دلیل طیف تقریباً بدون ویژگی مشخص خود، نارنجی به نظر می‌رسد.

در تصاویر بالایی سمت راست، لایه‌های همرفتی کوتوله‌های سفید سرد، کربن موجود در هسته را به جو متراکم و سرشار از هلیوم آن‌ها منتقل کرده‌اند. این فرایند به تشکیل مولکول‌های دواتمی کربن منجر می‌شود که طیف رنگی صورتی را ایجاد می‌کنند.

در تصاویر پایینی، انباشته شدن بقایای سنگی منظومه‌های سیاره‌ای در جو کوتوله‌های سفید، عناصری مانند کلسیم، منیزیم و سدیم را به آن‌ها افزوده است. ترکیب و مقدار متفاوت این مواد، در کنار دمای هر ستاره، تنوع رنگی چشمگیری از جمله سبز را به وجود می‌آورد. البته در واقعیت، درخشندگی تمام این ستاره‌ها میلیون‌ها برابر بیشتر از چیزی است که نمایشگرها قادر به نشان دادن آن هستند.

پژوهشگران این روش را برای چندین کوتوله سفید در نقاط مختلف کیهان به کار بردند و دریافتند که رنگ این ستاره‌ها در گروه‌های مشخصی قرار می‌گیرد که به ترکیب جو آن‌ها وابسته است. کوتوله‌های سفید غنی از کربن معمولاً صورتی یا بنفش دیده می‌شوند. ستاره‌هایی که بقایای سیارک‌ها و دنباله‌دارهای متلاشی‌شده از منظومه‌های سیاره‌ای قدیمی را جذب کرده‌اند، بیشتر به رنگ زرد تمایل دارند. در مقابل، کوتوله‌های سفید سرد با جوهایی متشکل از ترکیب هیدروژن و هلیوم، ته‌رنگ فیروزه‌ای یا آبی کم‌رنگ دارند. این رنگ به برخورد مولکول‌های هیدروژن با اتم‌های هلیوم در جو فوق‌العاده متراکم آن‌ها مربوط می‌شود.

ستاره‌ای با درخشش سبز و شبح‌مانند

یکی از چشمگیرترین نمونه‌های این پژوهش، ستاره WD J1330+6435 است. دمای این کوتوله سفید حدود ۴ هزار درجه سانتی‌گراد و فاصله آن از زمین نزدیک به ۲۸۴ سال نوری برآورد شده است. این ستاره در طول زمان مواد سنگی منظومه سیاره‌ای خود را جذب کرده و در نتیجه، عناصری مانند کلسیم، لیتیوم و سدیم در جو آن تجمع یافته‌اند. مدل‌های پژوهشگران نشان می‌دهند که حاصل این ترکیب، رنگ سبز متمایل به زرد یا سبز چمنی است. تا جایی که محققان اطلاع دارند، تاکنون هیچ ستاره دیگری، چه در حال فعالیت و چه در مرحله بقایای ستاره‌ای، به‌طور معتبر با چنین رنگ سبزی گزارش نشده است.

مارک هالندز درباره علت این رنگ غیرمعمول گفت

مقادیر اندک سدیم موجود در جو این کوتوله سفید، بخش نارنجی طیف نور را جذب می‌کند و در نتیجه، درخششی سبز و شبح‌مانند باقی می‌ماند. تصور کنید روی سیاره‌ای ایستاده‌اید و به ستاره‌ای سبزرنگ در آسمان نگاه می‌کنید. چنین منظره‌ای انگار از دل داستان‌های علمی‌تخیلی بیرون آمده است.

در سوی دیگر طیف رنگی، پژوهشگران ستاره‌ای را شناسایی کردند که ممکن است سرخ‌ترین ستاره ثبت‌شده تاکنون باشد؛ کوتوله سفید WD J1011+2845. این ستاره تنها ۴۸ سال نوری با زمین فاصله دارد و دارای ناحیه همرفتی عمیقی است. این ناحیه سرشار از کربنی است که از هسته ستاره به سمت سطح آن انتقال یافته است. مولکول‌های کربن در این شرایط، نور ستاره را به‌شدت تغییر می‌دهند و باعث می‌شوند تقریباً تمام نور آن در طول موج‌های بیشتر از ۶۰۰ نانومتر متمرکز شود. نتیجه این فرایند، درخششی غیرمعمول به رنگ صورتی سالمونی تیره است.

احتمال وجود ستاره‌های غیرمعمول چقدر است؟

پژوهشگران در بخش دیگری از مطالعه، ۱۵۱ کوتوله سفید را که در فاصله حدود ۶۵ سال نوری، معادل ۲۰ پارسک، از زمین قرار دارند، بررسی کردند. تنها پنج ستاره رنگ‌های غیرمعمولی از خود نشان دادند که دو مورد زرد و سه مورد صورتی بودند. این نتیجه نشان می‌دهد که تقریباً از هر ۳۰ کوتوله سفید در جهان، یکی ممکن است با رنگی غیرمعمول بدرخشد.

سپس دانشمندان دمای رنگ ۱۴۶ کوتوله سفید باقی‌مانده را اندازه‌گیری کردند. دمای رنگ معمولاً برای توصیف نور لامپ‌ها بر اساس مقیاس کلوین به کار می‌رود؛ برای مثال، نور سفید گرم حدود ۳۰۰۰ کلوین و نور سفید سرد نزدیک به ۶۰۰۰ کلوین است. میانه دمای رنگ در نمونه بررسی‌شده حدود ۶۸۰۰ کلوین به دست آمد؛ مقداری که از دید انسان به رنگ سفید دیده می‌شود.

این نتیجه تصور رایجی را اصلاح می‌کند که بر اساس آن، کوتوله‌های سفید معمولاً آبی هستند. کوتوله‌های سفید داغ‌تر و آبی‌تر اغلب درخشندگی بیشتری دارند و به همین دلیل از فاصله‌های دورتری نیز قابل مشاهده‌اند. در نتیجه، این ستاره‌ها در پیمایش‌های نجومی که بر پایه میزان روشنایی انجام می‌شوند، بیش از سهم واقعی خود حضور دارند.

بوریس گنسیکه، اخترشناس دانشگاه وارویک و یکی دیگر از نویسندگان پژوهش، در این باره گفت

شاید نسبت یک ستاره از هر ۳۰ ستاره رقم چندان بزرگی به نظر نرسد، اما وقتی جمعیت تمام کوتوله‌های سفید جهان را در نظر بگیریم، تعداد ستاره‌هایی که رنگ‌های غیرعادی دارند بسیار زیاد خواهد بود. با این حال، هنگامی که میانه رنگ را در یک نمونه نماینده از کوتوله‌های سفید محاسبه کردیم، دریافتیم که رنگ یک کوتوله سفید معمولی واقعاً سفید است.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.