راز جوانی دوباره یک ستاره فاش شد

پژوهش یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران، جزئیات جالبی را درباره ستاره «HD 65907» نشان داده است که نسبت به سن خود جوان‌تر و داغ‌تر از حد انتظار به نظر می‌رسد. ستاره‌شناسان دریافته‌اند که این ستاره نادر ممکن است از ادغام دو ستاره قدیمی‌تر شکل گرفته باشد.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، گروهی از ستاره‌شناسان با تحلیل ترکیب شیمیایی این ستاره که از نوع نادر ستاره‌های موسوم به «سرگردان‌های آبی»(Blue Stragglers) است، شواهد قانع‌کننده‌ای را برای این رویداد ارائه داده‌اند. یافته‌های این پژوهش، اطلاعات جدیدی را درباره چگونگی تکامل سرگردان‌های آبی ارائه می‌دهد و راه‌های جدیدی را برای بررسی این جمعیت مرموز از ستاره‌ها فراهم می‌کند.

نوع نادر سرگردان‌های آبی که «Field blue stragglers» نام دارند، یک گروه عجیب از ستاره‌ها هستند. برخلاف سرگردان‌های آبی معمولی که در خوشه‌های ستاره‌ای متراکم یافت می‌شوند، ستاره‌های Field blue stragglers در انزوای نسبی و دور از ستاره‌های دیگر وجود دارند. آنها گیج‌کننده هستند زیرا از قوانین معمول تکامل ستاره پیروی نمی‌کنند و داغ‌تر، درخشان‌تر و جوان‌تر از آنچه باید باشند، به نظر می‌رسند.

ستاره HD 65907 که در فاصله تقریبی ۳۰۷ سال نوری از زمین در صورت فلکی «شاه‌تخته»(Carina) قرار دارد، یک نمونه شناخته‌شده از ستاره‌های Field blue stragglers است.

با توجه به دمای سطح و روشنایی ذاتی HD 65907 به نظر می‌رسد که این ستاره حدود پنج میلیارد ساله باشد، اما ترکیب شیمیایی آن نشان می‌دهد که ستاره به طور قابل توجهی پیرتر است. این یک تناقض قابل توجه است. تعیین این سن بالاتر ناشی از کمبود عناصر سنگین یا فلزات در جو ستاره است.

اندکی پس از انفجار بزرگ، جهان تقریبا به طور کامل از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بود. عناصری که هسته‌های پیچیده‌تر و سنگین‌تری داشتند، بعدا از طریق هم‌جوشی هسته‌ای در هسته ستاره‌ای پرجرم شروع به شکل‌گیری کردند. این عناصر سنگین طی انفجارهای ابرنواختر در کیهان رها شدند و مواد موجود را برای تشکیل ستاره‌های جدید غنی‌سازی کردند. ستاره‌هایی که پیش از این شکل گرفته بودند، حاوی فلزات کمتری هستند، زیرا در جهانی پدید آمدند که هنوز غنی‌سازی شیمیایی قابل توجهی نداشته است.

دانشمندان با تحلیل طیف HD 65907، ترکیب فلزی ضعیف آن را شناسایی کردند که با سن حدود ۱۱ میلیارد سال هم‌خوانی دارد. این اختلاف بین دو تخمین سن، پژوهشگران را بر آن داشت تا مشخصات شیمیایی غیر معمول ستاره را با دقت بیشتری بررسی کنند.

پژوهشگران برای حل کردن این معما به دو عنصر لیتیوم و بریلیوم روی آوردند. این عناصر به ویژه به دمای بالای درون یک ستاره حساس هستند، زیرا به راحتی در دمای بالا طی تکامل ستاره از بین می‌روند. همان طور که ستاره‌ها تکامل می‌یابند، این عناصر به تدریج تخلیه می‌شوند و همین امر، آنها را به شاخص‌های ارزشمندی در تاریخچه حرارتی ستاره تبدیل می‌کند.

پژوهشگران امیدوار بودند با تحلیل مقادیر لیتیوم و بریلیوم در HD 65907 بتوانند شواهدی را از فرآیندهایی کشف کنند که ویژگی‌های متناقض آن را توضیح دهند. عناصر دیگر مورد استفاده قرار نگرفتند، زیرا حساسیت کمتری نسبت به شرایط دمایی خاص دارند که چنین اطلاعاتی را آشکار می‌کند.

پژوهشگران برای اندازه‌گیری لیتیوم، از داده‌های طیف‌نگار «جستجوگر سرعت شعاعی سیارات با دقت بالا» یا «هارپس»(HARPS) در «رصدخانه جنوبی اروپا»(ESO) استفاده کردند. طیف‌نگار، نور ساطع‌شده یا جذب‌شده توسط عناصر خاص را در طول موج‌های خاص تشخیص می‌دهد. از آنجا که هر عنصر دارای یک اثر انگشت منحصربه‌فرد در طیف است، ستاره‌شناسان می‌توانند فراوانی آن را با بررسی این الگوها تعیین کنند.

نتایج به‌دست‌آمده درباره HD 65907 قابل توجه بودند. نتایج نشان دادند که این ستاره دارای لیتیوم ۶ برابر کمتر از خورشید و پنجاه برابر کمتر از ستاره‌ها با سن و نوع مشابه است. این گروه پژوهشی در مقاله خود نوشتند: این ستاره دارای فراوانی لیتیوم کمی است. فراوانی کم لیتیوم را نمی‌توان بدون توجه به در نظر گرفتن آن به عنوان یک ستاره جوان یا مسن‌تر توضیح داد.

به عبارت ساده‌تر، سطح لیتیوم ستاره در هر یک از جمعیت‌های ستاره‌ای اصلی بسیار پایین است. این کاهش شدید، حکایت از یک رویداد فوق‌العاده در گذشته دارد که ستاره را گرم کرده و لیتیوم آن را سوزانده است.

یک توضیح احتمالی این است که ستاره، مواد را از ابر متشکل از گاز میان‌ستاره‌ای منتقل کرده است. احتمال دیگر این است که یک ستاره همراه داشته تا مواد را از آن منتقل کند یا به طور کامل با آن ادغام شده است. این پدیده‌ها دمای ستاره را افزایش می‌دهند و آن را قادر می‌سازند تا لیتیوم خود را بسوزاند. ادغام به افزایش بسیار قابل توجه‌ دما نیز منجر می‌شود و احتمالا به ستاره امکان می‌دهد تا بریلیوم را نیز بسوزاند.

پژوهشگران برای این که بفهمند چه اتفاقی افتاده است، طیف فرابنفش HD 65907 را با استفاده از «طیف‌نگار فرابنفش و بصری اشل»(UVES) رصدخانه جنوبی اروپا بررسی کردند و دریافتند که سطح بریلیوم ستاره در مقایسه با خورشید حداقل ۱۵ برابر شده است.

کاهش شدید لیتیوم و بریلیوم فقط یک توضیح قابل قبول باقی گذاشت و آن توضیح این بود که HD 65907 نتیجه یک ادغام ستاره‌ای است. در چنین رویدادی، دو ستاره با یکدیگر برخورد می‌کنند و به یک ستاره تبدیل می‌شوند. انرژی آزادشده در طول ادغام، مواد ستاره را تا دمای شدید گرم می‌کند و عناصر خاصی مانند لیتیوم و بریلیوم را در این فرآیند از بین می‌برد.

شواهد بیشتر، این سناریو را تایید می‌کنند. پژوهشگران، سرعت HD 65907 را تحلیل کردند و تغییرات کوچکی را در حرکت ستاره مورد بررسی قرار دادند که می‌تواند کشش گرانشی ستاره همراه را نشان دهد. هیچ مدرکی از همراهی پیدا نشد و مشاهدات فروسرخ، وجود یک صفحه خنک را در اطراف HD 65907 نشان داد. این صفحه با دمای منفی ۲۴۳ درجه سلسیوس احتمالا بقایای یک ستاره دیگر است که پیشتر در آن ادغام شده بود. چنین ادغام‌هایی نادر هستند و حکایت از برخورد شدید بین اجرام آسمانی دارند.

پژوهشگران نتیجه گرفتند: فراوانی کم لیتیوم و بریلیوم علاوه بر فقدان شواهد برای وجود یک همراه، یک دلیل قوی به نفع سناریوی ادغام ستاره‌هاست.

این پژوهش در مجله «Astronomy and Astrophysics» به چاپ رسید.