اینجا گورستان ستاره‌ها است

ستاره‌شناسان، سحابی سیاره‌ای واقع در خوشه ستاره‌ای «مسیه ۳۷» را به گونه‌ای بررسی کرده‌اند که گویی صحنه یک جنایت کیهانی است. آن‌ها می‌خواهند مشخص کنند که ستاره کوتوله سفید مرکزی آن چگونه مرده است.

ستاره‌شناسان برای اولین بار، ستاره مرده‌ای را بررسی کردند که در قلب یک قبرستان کیهانی از اجرام ستاره‌ای با سن مشابه نشسته بود

باقیمانده این ستاره که یک کوتوله سفید است، در مرکز ابری از گاز و غبار قرار دارد که ستاره‌شناسان آن را سحابی سیاره‌ای می‌نامند. این بقایا در خوشه ستاره‌ای باز «مسیه ۳۷» (Messier ۳۷) قرار دارد که در فاصله حدود ۴۵۰۰ سال نوری از زمین واقع شده است. مطالعه این کوتوله سفید و محیط اطراف آن نه تنها مانند بررسی یک صحنه جنایت کیهانی می‌تواند چگونگی مرگ آن را آشکار کند، بلکه می‌تواند به ستاره‌شناسان امکان بدهد تا نگاهی اجمالی به منظومه شمسی ما در حدود پنج میلیارد سال آینده بیندازند.

وقتی سوخت خورشید برای فرآیند‌های ذاتی همجوشی هسته‌ای آن تمام شود، به یک غول سرخ‌رنگ متورم تبدیل خواهد شد. لایه‌های بیرونی پف‌کرده آن، سیارات درونی از جمله زمین را خواهد بلعید. سپس، همان طور که پوسته مواد ستاره‌ای انبساط می‌یابد و سرد می‌شود، خورشید به یک سحابی سیاره‌ای تبدیل خواهد شد که به طور گیج‌کننده‌ای هیچ ربطی به سیارات ندارد و هسته آن به یک کوتوله سفید محو شده تبدیل خواهد شد.

مسیه ۳۷ که به یک پروانه شباهت دارد، یک خوشه باز از ستاره‌هاست. تصور می‌شود که ستاره‌های درون آن از همان ابر بزرگ و متراکم گاز و غبار در همان زمان متولد شده‌اند. این بدان معناست که دانشمندان با مطالعه کردن یک ستاره مرده در این خوشه می‌توانند تصویر بهتری را از چگونگی تکامل و مرگ ستاره‌های همسن، اما با جرم‌های متفاوت به دست آورند. بدین ترتیب، خوشه‌های باز به عنوان یک آزمایشگاه کیهانی کامل برای بررسی کردن نظریه‌های تکامل ستاره‌ای عمل می‌کنند.

ستاره‌های بزرگ به سرعت زندگی می‌کنند و جوان می‌میرند

ستاره‌شناسان تاکنون تنها سه خوشه ستاره‌ای باز حاوی سحابی‌های سیاره‌ای را کشف کرده‌اند و ستاره‌های کوتوله سفید مدفون در قلب این گورستان‌های ستاره‌ای هرگز تا پیش از این مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند.

«کلاوس ورنر» (Klaus Werner) استاد «دانشگاه توبینگن» (University of Tübingen) و سرپرست این پژوهش گفت: ستاره‌های یک خوشه، همسن هستند و این اهمیت ویژه‌ای برای اخترفیزیک دارد. هرچه جرم یک ستاره بیشتر باشد، سوخت هسته‌ای خود را سریع‌تر مصرف می‌کند. بنابراین، عمر آن کوتاه‌تر است و سریع‌تر به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود.

بخشی از فرآیند ستاره‌ای که هنوز به طور کامل شناخته نشده، سرعت از دست رفتن جرم ستاره‌هاست. رابطه بین جرم زمان تولد و جرم زمان مرگ ستاره، رابطه جرم اولیه و نهایی نامیده می‌شود. ورنر توضیح داد: به عبارت دیگر، جرم یک کوتوله سفید را می‌توان به طور مستقیم با جرم ستاره‌ای مرتبط دانست که برای ایجاد شدن آن مرده است. ستاره‌هایی مانند خورشید ما تا زمانی که به کوتوله‌های سفید تبدیل شوند، کمتر از نیمی از جرم خود را از دست می‌دهند. ستاره‌هایی با جرم هشت برابر خورشید، حدود ۸۰ درصد جرم خود را از دست می‌دهند. داده‌های مربوط به کوتوله‌های سفید بسیار جوان، ارزش بسیاری دارند، زیرا ستاره‌های مرکزی سحابی‌های سیاره‌ای هستند.

ورنر خاطرنشان کرد که هیچ کدام از ستاره‌های مرکزی مرده سحابی‌های سیاره‌ای پیشتر مطالعه نشده‌اند، زیرا همه آن‌ها بسیار دور هستند و به عنوان کوتوله‌های سفید، نور بسیار کمی دارند. این گروه پژوهشی با کمک «تلسکوپ بزرگ جزایر قناری» (GranTeCan) که یکی از بزرگترین تلسکوپ‌های زمین است، این مشکل را برطرف کردند.

سپس، آن‌ها خروجی نور کوتوله سفید را ارزیابی کردند و دریافتند که در حال حاضر حدود ۸۵ درصد از جرم خورشید را دارد. این نشان می‌دهد ستاره‌ای که مرده تا این بقایای ستاره‌ای را پشت سر بگذارد، جرمی معادل ۲.۸ برابر خورشید داشته است. همچنین به گفته ورنر، این بدان معناست که ستاره در طول عمرش، ۷۰ درصد ماده خود را از دست داده است.

نمای نزدیک از سحابی سیاره‌ای در خوشه ستاره‌ای مسیه ۳۷ و کوتوله سفید در قلب آن

علاوه بر این، گروه توانستند ترکیب شیمیایی کوتوله سفید را در مسیه ۳۷ تعیین کنند و متوجه شدند که سطح آن به طور عجیبی فاقد هیدروژن است. این نشان می‌دهد که در گذشته درگیر نوعی رویداد خشونت‌آمیز مانند انفجار کوتاهی از همجوشی هسته‌ای بوده که ممکن است کوتوله‌های سفید هنگام جدا کردن مواد از یک همراه در سیستم دوتایی متحمل شوند.

برای رمزگشایی مدت زمان زندگی یک ستاره و اینکه آیا فاز نهایی آن یک کوتوله سفید، یک ستاره نوترونی یا یک سیاه‌چاله خواهد بود، درک بهتر رابطه جرم اولیه و نهایی حیاتی است. همچنین، این رابطه می‌تواند نشان دهد که آیا ستاره در حال مرگ، یک ابرنواختر را تحریک می‌کند و همه موادی را که در طول زندگی خود ساخته است، در جهان پخش می‌کند یا خیر. آن ماده بعدا به عناصر سازنده نسل بعدی ستاره‌ها تبدیل خواهد شد.

ورنر نتیجه گرفت: نسل جدیدی از ستاره‌ها از مواد پرتاب شده تشکیل می‌شوند که به عنوان محصول واکنش‌های هسته‌ای با عناصر سنگین غنی شده‌اند. این چیزی است که تکامل شیمیایی کهکشان‌ها و در نهایت کل جهان به آن بستگی دارد.