حمیده احمدیان راد
ستاره های کوتوله سفید برای ستاره شناسان جذابیت زیادی دارند. چنان که چندی پیش شبکه ای سراسری از تلسکوپ ها در 22 رصدخانه در سراسر جهان چندی را به تماشای کشاکش یک کوتوله سفید بین مرگ و زندگی پرداختند. مثل بسیاری از ستاره های کوتوله سفید، سوخت این ستاره هم درحال تمام شدن بود. این مشاهدات به این خاطر جالب بود که از مرگ یک ستاره بسیار شبیه به خورشید ما صورت می گرفت.
کوتوله های سفید چگونه تشکیل می شوند؟
نحوه پایان زندگی یک ستاره به جرمی که با آن متولد شده بستگی دارد. ستارگانی که جرم بسیار زیادی دارند ممکن است در پایان زندگیشان به سیاهچاله یا ستارگان نوترونی تبدیل شوند. یک ستاره با جرم متوسط یا کم (با جرمی کمتر از هشت برابر جرم خورشید ما) به ستاره کوتوله سفید تبدیل می شود. ستاره ای با جرمی تقریباً معادل خورشید ما به کوتوله سفیدی که تنها کمی بزرگ تر از زمین است تبدیل می شود. این امر کوتوله های سفید را به یکی از متراکم ترین اشکال ماده تبدیل می کند که تنها ستارگان نوترونی و سیاهچاله ها از این نظر از آنها پیش هستند.
تبدیل شدن به ستاره کوتوله سفید سرنوشت ستارگانی با جرم متوسط مثل خورشید ما است. ستارگان با جرم متوسط با ترکیب هسته های هیدروژن خود و تبدیل آن به هلیوم انرژیشان را تأمین می کنند و به بقایشان ادامه می دهند. چراکه گرمایی که در نتیجه همجوشی هسته ای در خورشید ایجاد می شود، فشار رو به بیرونی را ایجاد می کند. این شرایط مانند وضعیت یک ظرف خوراک پزی است که در آن محکم بسته شده باشد، بدون این که درزی داشته باشد. گرم کردن غذا در چنین ظرفی فشاری ایجاد می کند. خورشید هم همین شرایط را دارد. هرچند که خورشید کاملاً حالت یک ظرف محکم بسته شده و بدون درز را ندارد.
به این ترتیب جاذبه موجب می شود که خورشید به سمت داخل خودش کشیده شود. در همین حال هم فشاری که به وسیله گازهای داغ در هسته ایجاد می شود، آن را به سمت خارج هل می دهد. توازن بین فشار رو به بیرون و جاذبه در زندگی ستاره بسیار حساس و تعیین کننده است.
اما همیشه وضع به این منوال و در حالت توازن باقی نمی ماند. چراکه خورشید ما در پنج میلیارد سال آینده عمرش همه هیدروژن هسته اش را مورد استفاده قرار خواهد داد. در این مدت موقعی که خورشید مقدار زیادی از هیدروژنش را مصرف می کند توازن به سمت جاذبه میل می کند و ستاره شروع به فرورفتن در خود می کند. فشرده شدن ستاره موجب می شود تا دوباره گرم شود و بتواند هر آن چه از هیدروژن که برایش در پوسته اطراف هسته باقی مانده با هم ترکیب کند. پوسته هیدروژنی در حال سوختن، لایه های خارجی تر ستاره را منبسط می کند. موقعی که این اتفاق رخ می دهد، خورشید ما یک غول قرمز می شود و آن قدر بزرگ می شود که سیاره تیر (عطارد) را به طور کامل می بلعد.
موقعی که یک ستاره بزرگ تر می شود، گرمایش پخش می شود و دمای سراسریش کاهش می یابد. اما دمای هسته غول قرمز ما خورشید افزایش می یابد تا در نهایت به قدر کافی داغ می شود. به حدی که می تواند هلیوم ایجاد شده در نتیجه همجوشی هسته ای هیدروژن، را با هم ترکیب کند. در نهایت، این گرما هلیوم را به کربن و سایر عناصر سنگین تر تغییر شکل می دهد. خورشید تنها یک میلیارد سال را در وضعیت غول قرمز می ماند. در حالی که نزدیک به ده میلیارد سال را مشغول سوزاندن هیدروژن بوده است.
ما حالا می دانیم که ستارگان با جرم متوسط مثل خورشید، به غول های قرمز تبدیل می شوند. اما بعد از آن چه اتفاقی می افتد؟ خورشید غول قرمز ما هنوز به مصرف هلیوم ادامه می دهند. اما موقعی که هلیوم خورشید تمام می شود، به قدر کافی داغ نیست که بتواند کربنی را که آفریده بسوزاند.
در نتیجه دوباره در برابر جاذبه سر تسلیم فرود می آورد. موقعی که هسته ستاره منقبض می شود، موجب آزادی انرژی می شود که در نتیجه آن پوشش باقی مانده ستاره منبسط می شود. حالا ستاره غولی بزرگ تر از قبل شده و شعاع خورشید ما بزرگ تر از مدار زمین می شود!
خورشید در این وضعیت خیلی دوام نخواهد آورد. به این ترتیب که جرمش را از دست خواهد داد. این اتفاق ادامه می یابد تا در نهایت لایه های خارجی تر ستاره خواهند ترکید. اما هسته ستاره سالم باقی می ماند و تبدیل به کوتوله سفید می شود. ستاره کوتوله سفید با یک پوسته گازی در حال گسترش در چیزی که به عنوان سحابی سیاره ای شناخته می شود احاطه می شود.
سحابی سیاره ای به نظر می رسد که علامت گذار یک ستاره با جرم متوسط از وضعیت غول قرمز به کوتوله سفید باشد. ستارگانی که از نظر جرم با خورشید ما قابل مقایسه هستند، در مدت 75000 سال از زمان ترکیدن پوسته هایشان به ستاره کوتوله سفید تبدیل می شوند. در نهایت آنها خنک می شوند و گرمای باقی مانده شان را به فضا می تابانند و خودشان با تبدیل شدن به توده سیاهی از کربن محو و بی نور می شوند. ممکن است ده میلیارد سال طول بکشد، اما خورشید ما روزی به پایان خط می رسد و به طور کامل به کوتوله سیاه تبدیل می شود.
کوتوله های سفید می توانند به ما درباره سن جهان بگویند. اگر ما بتوانیم زمانی را که طول می کشد تا یک کوتوله سفید سرد شود و به یک کوتوله سیاه تبدیل شود را تخمین بزنیم، می توانیم محدوده کوچک تری را برای سن جهان و کهکشان ها در نظر بگیریم. چراکه میلیاردها طول می کشد تا یک کوتوله سفید سرد شود. به این ترتیب می توانیم به این برداشت برسیم که سن جهان هنوز خیلی زیاد نیست. اگر غیر از این بود کوتوله های سفید باید به کوتوله های سیاه تبدیل می شدند.
از آن جایی که کوتوله های سفید خیلی کوچک هستند و خیلی سخت آشکار می شوند، سیستم های دوتایی راه مفیدی برای تعیین مکان آنها هستند. چنان که در سیستم سیریوس sirius، اگر به نظر برسد که یک ستاره حرکت غیرقابل توضیحی دارد، ما می فهمیم که این ستاره که تنها به نظر می رسد درواقع یک سیستم چند تایی است. با بررسی از نزدیک ممکن است بفهمیم که شریک این ستاره یک کوتوله سفید است.
منبع: http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/dwarfs.html