دانشمندان چگونه سن یک ستاره را تعیین می کنند

فرارو- "میریام گارسیا" اختر فیزیکدان در گفتگو با "ال پائیس" روش‌های محاسبه‌ای را توضیح می‌دهد که بسته به نزدیکی ستاره و این که آیا در یک خوشه قرار دارد یا خیر متفاوت است.

به گزارش فرارو به نقل از ال‌پائیس، اگر ستاره‌ای را شناسایی کنیم و بخواهیم سن آن را بدانیم اولین کاری که باید انجام دهیم این است که بفهمیم آیا این ستاره جدا شده است یا بخشی از یک خوشه یا یک انجمن ستاره‌ای است. گروه‌های دوم می‌توانند از صد‌ها تا میلیون‌ها ستاره داشته باشند. برای تعیین سن ما بر مدل‌های نظری تکیه می‌کنیم که به ما می‌گویند ستاره‌ها چگونه تکامل می‌یابند و چه ویژگی‌های فیزیکی مانند دما، درخشندگی و شعاع بسته به مدت زمانی که در اطراف بوده اند باید داشته باشند. روش اصلی تعیین سن یک مدل گرافیکی است که آن را نمودار رنگ - قدر می‌نامیم. در محور X، رنگ ستاره و در محور Y، مقدار روشنایی آن را قرار می‌دهیم. جمعیت‌های ستاره‌ای با توجه به سن خود ظاهر خاصی دارند که در موقعیت آن‌ها در این نمودار‌ها بازتاب یافته است. به همین دلیل مهم است که بدانیم ستاره در یک خوشه قرار دارد یا منزوی است. اگر در یک خوشه باشد ساده‌ترین کار این است که نمودار رنگ - قدر خوشه را رسم کنید. بیش‌تر ستارگان بخشی از یک خط مورب در نمودار هستند که به عنوان دنباله اصلی شناخته می‌شود. اما در بالا جایی که درخشان‌ترین هستند برخی از ستارگان از هم فاصله دارند و رنگ‌های قرمزتری دارند. این از دیدگاه فیزیک به این معنی است که این ستاره‌ها هیدروژن موجود در هسته خود را تخلیه کرده اند.

همجوشی هیدروژن چیزی است که به ستاره‌ها انرژی می‌دهد. در طول این مرحله، ستارگان در توالی اصلی در نمودار رنگ – قدر قرار دارند. هنگامی که هیدروژن تمام می‌شود آن‌ها شروع به انبساط می‌کنند و به سمت دمای سردتر و رنگ‌های قرمزتر تکامل می‌یابند. فرضیه آغازین این است که همه ستارگان در خوشه‌ها در یک زمان تشکیل شده اند بنابراین، سن آن‌ها یکسان است. با این وجود، مهم است که به یاد داشته باشیم که همه ستارگان به یک شکل تکامل نمی‌یابند: هر چه یک ستاره جرم بیش تری داشته باشد همجوشی هیدروژن درون آن کارآمدتر است به این معنی که انرژی خود را سریع‌تر می‌سوزاند و زودتر آن را تخلیه می‌کند. هنگامی که این اتفاق رخ می‌دهد ستاره وارد مرحله تازه‌ای از تکامل خود می‌شود و از خط مورب در نمودار رنگ – قدر خارج می‌شود. بسته به این که این نقطه عطف در کجا قرار دارد خوشه یک سن یا سن دیگری خواهد داشت. از آن جایی که ما با این فرضیه شروع می‌کنیم که همه خوشه‌ها در یک زمان تشکیل شده‌اند اگر سن خوشه را داشته باشیم سن هر یک از ستارگان آن را خواهیم داشت حتی اگر همه آن‌ها در یک مرحله از زندگی نباشند.

با این وجود، اگر بخواهیم سن یک ستاره منزوی را بدانیم، روش‌ها بستگی به فاصله یا نزدیک بودن آن دارد. اگر خیلی دور باشد برای تعیین سن نمی‌توانیم کاری انجام دهیم: راه حل این است که آن را بخشی از یک جمعیت بزرگ‌تر در نظر بگیریم حتی اگر در یک خوشه نباشد. یک احتمال این است که ستاره را به عنوان بخشی از هاله راه شیری یا به عنوان یک جمعیت ستاره‌ای در نظر بگیریم و به متعاقبا از روش نمودار رنگ – قدر برای آن استفاده کنیم. فضاپیمای گایا مجهز به دوربینی یک میلیارد پیکسلی به ما اجازه می‌دهد تا این جمعیت‌ها را بهتر تعریف کنیم، زیرا توانایی شناسایی زیرگروه‌های ستارگان و هاله کهکشانی را دارد.

اگر ستاره‌ای نسبتا نزدیک به زمین باشد روش‌های مختلفی در دسترس ماست. یکی از آن روش‌ها این است که بفهمیم آیا می‌توانیم لیتیوم را در طیف آن تشخیص دهیم یا خیر. لیتیوم خیلی سریع تمام می‌شود بنابراین، اگر ستاره‌ای لیتیوم را در طیف خود نشان دهد به ما این پیام را می‌رساند که بسیار جوان است. روش دیگر جستجوی نوسانات در روشنایی است: ستارگان کره‌های ساکن نیستند بلکه تحت انبساط و انقباضات دوره‌ای قرار می‌گیرند که باعث تغییر درخشندگی آن‌ها می‌شود. ماموریت‌های فضایی برای مطالعه این تغییرات در روشنایی ستاره‌ها اختصاص داده شده است. طول نوسانات را می‌توان به لایه بندی لایه‌های درون ستاره‌ای مرتبط کرد و لایه بندی لایه‌ها سن ستاره را به ما می‌گوید.

اکنون به خورشید می‌رسیم. در اینجا، ما اندکی کمک بیش‌تر داریم، زیرا علاوه بر مطالعه دقیق آن به لطف ترکیب شهاب سنگ‌ها می‌توانیم تاریخ شکل گیری را تعیین کنیم. پیش از تشکیل خورشید، انفجار یک ابر نواختر (یک انفجار عظیم و درخشان ستاره‌ای) در نزدیکی آن عناصر سنگین زیادی را آزاد کرد و در نتیجه کل منظومه شمسی شکل گرفت.

شهاب سنگ‌ها ترکیب شیمیایی عناصر آزاد شده توسط ابر نواختر را بازتاب می‌دهند. روش بررسی آن‌ها شبیه به تاریخ گذاری رادیو کربن است. از آنجایی که ما ترکیب شیمیایی و سرعت فروپاشی برخی عناصر رادیواکتیو را می‌دانیم هنگام مطالعه ترکیب شهاب سنگ‌ها می‌توانیم حداکثر سن خورشید را تعیین کنیم: باید بعد از ابر نواختر شکل می‌گرفت در غیر این صورت تشکیل منظومه شمسی را متوقف می‌کرد.