جرمی رازآلود به نام «تصادف» شاید کلید کشف گونه‌ی جدیدی از ستاره‌ها باشد

امیر نیک‌رو

۱۲ شهریور ۱۴۰۰ | ۲۲:۱۴ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۴ دقیقه

انواع زیادی از ستاره‌ها در جهان بزرگ و گسترده‌ی ما وجود دارند که یک سیستم کلی برای طبقه‌بندی آن‌ها بر اساس دما، اندازه و روشنایی درنظر گرفته‌ایم اما به‌تازگی دانشمندان یک کوتوله‌ی قهوه‌ای عجیب در فاصله‌ی نزدیک به منظومه‌ی شمسی کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد هنوز چیزهای زیادی درباره‌ی کیهان نمی‌دانیم.

این جرم «تصادف» (The Accident) نام گرفته است و یک «کوتوله‌ی قهوه‌ای» (Brown Dwarf) محسوب می‌شود. نوعی از ستاره‌ها که به آن‌ها ستاره‌های شکست‌خورده هم می‌گویند. اما برخلاف هر کوتوله‌ی قهوه‌ای که تاکنون مشاهده شده، این جرم طیف نوری گیج‌کننده‌ای دارد که نشان می‌دهد قدمت آن تقریبا به اندازه‌ی سن کیهان است.

با توجه به اینکه همه‌ی کوتوله‌های قهوه‌ای کشف شده تاکنون بسیار جوان‌تر بوده‌اند، چنین کشفی نشان می‌دهد که ممکن است یک جمعیت کامل از کوتوله‌های قهوه‌ای بسیار قدیمی وجود داشته باشند که خیلی ساده آن‌ها را نادیده گرفته‌ایم زیرا طبق دانسته‌ها انتظار وجود این نوع را نداشتیم و این‌طور که «دیوی کرکپاتریک» (Davy Kirkpatrick) اخترفیزیکدان مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا می‌گوید: «این جرم همه‌ی انتظارات ما دگرگون کرده است.»

کوتوله‌های قهوه‌ای جایی میان عظیم‌ترین سیارات و کوچک‌ترین ستارگان را به خود اختصاص می‌دهند و مانند دیگر ستاره‌ها از همان مدل درون‌ریزی سحابی، و نه روند افزایش جرم مانند سیاره‌ها، تشکیل می‌شوند. زمانی که فرآیند تشکیل ستاره پیش از آنکه به اندازه‌ی جرم کافی برای آغاز همجوشی هیدروژن در هسته داشته باشد، به پایان می‌رسد، کوتوله‌ی قهوه‌ای متولد می‌شود.

تصویری از سراسر کیهان با استفاده از کاوشگر نقشه‌بردار فروسرخ میدان وسیع
Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA

برخلاف سیارات اما کوتوله‌های قهوه‌ای به اندازه‌ی کافی جرم دارند که باعث یک واکنش همجوشی شوند و بدین ترتیب چیزی به نام دوتریوم معروف به هیدروژن سنگین تولید می‌کنند. دوتریوم ایزوتوپی از هیدروژن است که به جای یک پروتون تک، دارای یک پروتون و یک نوترون در هسته است و دما و فشار همجوشی کمتری از دما و فشار همجوشی هیدروژن دارد.

در نتیجه کوتوله‌های قهوه‌ای، کوچک‌تر، سردتر و کم‌نورتر از بیشتر ستارگان هستند و محدوده‌ی جرمی آن‌ها بین ۱۳ تا ۸۰ برابر جرم مشتری است و با افزایش سن سرد می‌شوند. بنابراین ما درک خوبی داریم که کوتوله‌ی قهوه‌ای باید چگونه باشد و بر اساس این ویژگی‌ها به دنبال آن‌ها می‌گردیم.

پایان سرد و تاریک جهان چه زمانی رخ می‌دهد؟

تاکنون حدود ۲۰۰۰ نمونه از این اجرام در کهکشان راه شیری پیدا شده است. اما «تصادف» که نام اصلی آن WISEA J153429.75-104303.3 است در بررسی کوتوله‌های قهوه‌ای انتخاب نشده بود زیرا با ویژگی‌های معمول مطابقت نداشت.

تشخیص این جرم توسط یک دانشمند-شهروند با استفاده از داده‌های کاوشگر نقشه‌بردار فروسرخ میدان باز اجرام نزدیک زمین انجام شد و کشف آن همان‌طور که نامش نشان می‌دهد یک «تصادف» بود. این جرم عجیب در برخی طول موج‌ها بسیار کم‌نور است که حاکی از سرد بودن زیاد آن، در حقیقت زیر نقطه جوش آب، است و قدمت بالای آن را نشان می‌دهد. اما در طول موج‌های دیگر روشن‌تر می‌درخشد که نشان‌دهنده‌ی دمای بالاتر است.

برای کشف این راز، از آنجا که طول موج فروسرخ تابش گرمایی را نشان می‌دهد، تیم به محدوده‌ی طول موج فروسرخ متفاوتی روی آورد. اما مشاهدات انجام شده با استفاده از رصدخانه‌ی زمینی W. M. Keck این جرم را نشان نداد و بار دیگر دمای سرد آن را تأیید کرد.

تصویری از «تصادف» که توسط دانشمند-شهروند «دن کسلدن» (Dan Caselden) کشف شد.
Credit: NASA/JPL-Caltech/Dan Caselden

از سویی فاصله‌ی «تصادف» از منظومه‌ی شمسی می‌توانست سرنخی در این زمینه باشد زیرا اگر دور بود، نور ضعیف آن توجیه می‌شد اما معلوم شد که فاصله‌ی زیادی هم ندارد و تنها در فاصله‌ی ۵۳ سال نوری قرار گرفته که در مقیاس کیهانی فاصله‌ی نزدیکی محسوب می‌شود.

به شکل عجیبی در حال حرکت سریع در کهکشان با سرعت حدود ۲۰۷٫۴ کیلومتر بر ثانیه است. سرعتی که بیش از ۲۵ درصد سریع‌تر از هر ستاره‌ی مشابه دیگری است. مانند دمای تصادف، سرعت آن هم نشان می‌دهد که این ستاره مدت زیادی است که در اطراف ما وجود دارد زیرا بر اثر برهم‌کنش گرانشی با دیگر اجرام کهکشان، بسیار افزایش یافته است.

جهان حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال عمر دارد و تیم مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا محاسبه کردند که تصادف می‌تواند ۱۰ تا ۱۳ میلیارد سال سن داشته باشد که دو برابر سن جمعیت شناخته شده‌ی کوتوله‌های قهوه‌ای است.

«فدریکو ماروکو» (Federico Marocco) اخترفیزیکدان مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا گفت: «شاید یافتن یک کوتوله‌ی قهوه‌ای در این سن عجیب نباشد اما یافتن چنین کوتوله‌ی قهوه‌ای در حیاط خلوت خانه‌ی ما عجیب است.»

او افزود: «ما انتظار داشتیم که کوتوله‌های قهوه‌ای با چنین قدمتی وجود داشته باشند اما توقع داشتیم بسیار نادر باشند. شانس یافتن یکی از آن‌ها در نزدیکی منظومه‌ی شمسی یا می‌تواند یک تصادف جالب باشد، یا به ما می‌گوید که این اجرام بیش از چیزی که فکر می‌کردیم رایج هستند.»

این سن زیاد، همچنین نشان می‌دهد که ترکیبات تصادف ممکن است کاملا متفاوت از کوتوله‌های قهوه‌ای دیگر باشد و این توسط طیف نوری که گسیل می‌کند تأیید می‌شود. ترکیب متفاوت به این دلیل است که در جهان اولیه محدوده‌ی عناصر بسیار کمتر بود. درست پس از انفجار بزرگ بیشترین ماده هیدروژن و هلیوم بود و مقدار کمی از عناصر دیگر وجود داشت.

چند نسل ستاره‌ای طول کشید تا عناصر بیشتری تشکیل شوند. ستاره‌ها هسته‌های اتمی را در هسته‌های خود دچار همجوشی کردند و عناصر سنگین‌تری ساختند. سپس با مرگ این ستارگان، عناصر در فضا پخش شد. انفجارهای ابرنواختری حتی عناصر سنگین‌تری را از طریق فرآیندهایی تولید کردند که تنها در چنین رویدادهای پرانرژی یافت می‌شوند.

اگر تصادف پیش از گستردگی این عناصر سنگین‌تر از جمله کربن، در جهان وجود داشت، نور آن در طول موج‌های خاصی که معمولا توسط متان (ترکیب کربن و هیدروژن) در جو کوتوله‌ی قهوه‌ای جذب می‌شود، قوی‌تر بود و این دقیقا همان چیزی است که محققان مشاهده کردند.

کرکپاتریک گفت: «این کشف به ما می‌گوید که در ترکیبات کوتوله‌های قهوه‌ای تنوع بیشتری نسبت به آنچه تا کنون دیده‌ایم وجود دارد. احتمالا موارد عجیب‌تری وجود دارد و حالا باید درباره‌ی چگونگی جست‌وجوی دقیق‌تر آن‌ها فکر کنیم.»