کشف بقایای قدیمی‌ترین سیاره در کهکشان

اخترشناسان به رهبری دانشگاه "وارویک" (Warwick) قدیمی‌ترین ستاره در کهکشان ما را شناسایی کرده‌اند که در حال جمع‌آوری بقایای سیاره‌های کوچک است و این موضوع آن را به یکی از قدیمی‌ترین منظومه‌های سیاره‌ای سنگی و یخی کشف شده در کهکشان راه شیری تبدیل می‌کند.

این یافته‌ها روز گذشته (۵ نوامبر/۱۴ آبان) در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر شد و نتایج آن نشان داد که یک کوتوله سفید کم‌نور که در فاصله ۹۰ سال نوری از زمین قرار دارد به همراه بقایای منظومه سیاره‌ای در حال گردش به دور آن، بیش از ۱۰ میلیارد سال قدمت دارند.

سرنوشت بیشتر ستارگان، از جمله ستاره‌هایی مانند خورشید کهکشان ما، تبدیل شدن به یک کوتوله سفید است. کوتوله سفید، ستاره‌ای است که تمام سوخت خود را مصرف کرده و لایه‌های بیرونی خود را از دست داده و اکنون در حال منقبض و سرد شدن است. در طی این فرآیند، هر سیاره‌ای که به دور آن می‌چرخد، دچار اختلال می‌شود و در برخی موارد از بین می‌رود و بقایای آن روی سطح کوتوله سفید می‌ریزد.

برای انجام این پژوهش گروهی از منجمان به رهبری دانشگاه وارویک، دو کوتوله سفید غیرمعمول را که توسط رصدخانه فضایی گایا (GAIA) آژانس فضایی اروپا شناسایی شده بودند، مدل‌سازی کردند. هر دو ستاره توسط بقایای سیاره‌ای آلوده شده بودند. یکی از آن‌ها به‌طور غیرمعمولی آبی رنگ بود، در حالی که دیگری کم‌نورترین و قرمزترین ستاره‌ای است که تا به امروز در کهکشان‌های محلی همسایه ما کشف شده است. محققان هر دو را مورد تجزیه و تحلیل بیشتر قرار دادند.

ستاره‌شناسان از داده‌های طیف سنجی و فتومتریک رصدخانه گایا، رصدگر انرژی تاریک (Dark Energy Survey) و ابزار "X-Shooter" در رصدخانه جنوبی اروپا استفاده کردند تا مدت زمان خنک شدن ستاره‌ها را دریابند. آن‌ها فهمیدند که ستاره «قرمز» "WDJ ۲۱۴۷-۴۰۳۵" حدود ۱۰.۷ میلیارد سال دارد که ۱۰.۲ میلیارد سال از عمرش به عنوان یک کوتوله سفید در حال سرد شدن بوده است.

طیف‌سنجی شامل تجزیه و تحلیل نور ستاره در طول موج‌های مختلف است که می‌تواند مشخص کند که عناصر موجود در جو ستاره چه زمانی نور با رنگ‌های مختلف را جذب می‌کنند و به تعیین اینکه چه عناصری به چه میزان در جو وجود دارد، کمک می‌کند. محققان با تجزیه و تحلیل طیف ستاره WDJ ۲۱۴۷-۴۰۳۵، متوجه وجود فلزات سدیم، لیتیوم، پتاسیم و کربن شدند که آن را به قدیمی‌ترین کوتوله سفید آلوده به فلزات که تاکنون کشف شده تبدیل کرد.

دومین ستاره «آبی» WDJ ۱۹۲۲+۰۲۳۳ فقط کمی جوان‌تر از WDJ ۲۱۴۷-۴۰۳۵ است و توسط زباله‌های سیاره‌ای با ترکیبی مشابه پوسته قاره زمین، آلوده شده است. این گروه علمی به این نتیجه رسیدند که رنگ آبی ستاره WDJ ۱۹۲۲+۰۲۳۳، به رغم سطح سرد آن، ناشی از مخلوط غیرمعمولی از هلیوم و هیدروژن در جو آن است.

بقایای یافت شده در جو متشکل از هلیوم تقریبا خالص و جو گرانش بالای ستاره سرخ WDJ ۲۱۴۷-۴۰۳۵ مربوط به یک منظومه سیاره‌ای قدیمی است که از تکامل ستاره به یک کوتوله سفید جان سالم به در برده است و باعث شد ستاره شناسان به این نتیجه برسند که این قدیمی‌ترین منظومه سیاره‌ای در مدار یک کوتوله سفید کشف شده در کهکشان راه شیری است.

نویسنده اصلی این پژوهش ابیگیل المز (Abbigail Elms) دانشجوی دکتری دپارتمان فیزیک دانشگاه وارویک می‌گوید: این ستارگان آلوده به فلز نشان می‌دهند که زمین منحصر به فرد نیست و منظومه‌های سیاره‌ای دیگری با اجرام سیاره‌ای مشابه زمین وجود دارند. ۹۷ درصد از همه ستاره‌ها تبدیل به کوتوله سفید خواهند شد و آن‌ها آنقدر در سراسر جهان پراکنده هستند که درک آن‌ها بسیار اهمیت دارد، به خصوص این ستاره‌های بسیار سرد در کهکشان راه شیری.

ما در حال یافتن قدیمی‌ترین بقایای ستاره‌ای در کهکشان راه شیری هستیم که توسط سیاره‌هایی شبیه به زمین آلوده شده‌اند. شگفت‌انگیز است که فکر کنیم این اتفاق در مقیاس ۱۰ میلیارد سال رخ داده است و این سیارات بسیار قبل از تشکیل زمین مرده‌اند.

اخترشناسان همچنین می‌توانند از طیف‌های ستاره برای تعیین سرعت فرورفتن آن فلزات در هسته ستاره استفاده کنند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد نگاهی به گذشته داشته باشند و میزان فراوانی هر یک از آن فلزات را در جرم سیاره‌ای اولیه تعیین کنند. با مقایسه این فراوانی با مواد سیاره‌ای که در منظومه شمسی خودمان یافت می‌شوند، می‌توانیم حدس بزنیم که آن سیارات پیش از مرگ ستاره و تبدیل شدن به یک کوتوله سفید چگونه بوده‌اند. در مورد ستاره WDJ ۲۱۴۷-۴۰۳۵ این کار چالش برانگیز خواهد بود.

ابیگیل توضیح می‌دهد: ستاره قرمز WDJ ۲۱۴۷-۴۰۳۵ رازآلود است، زیرا زباله‌های سیاره‌ای آن بسیار غنی از لیتیوم و پتاسیم هستند و این بر خلاف آن چیزی است که در منظومه شمسی خودمان شناخته شده است. این یک کوتوله سفید بسیار جالب است، زیرا دمای سطح آن فوق‌العاده سرد است و فلزات آلوده کننده آن، کهولت سن و مغناطیسی بودن آن، این ستاره را بسیار منحصر به فرد می‌کند.

پروفسور پیر امانوئل ترمبلی (Pier-Emmanuel Tremblay) از دپارتمان فیزیک دانشگاه وارویک می‌گوید: زمانی که این ستاره‌های قدیمی بیش از ۱۰ میلیارد سال پیش شکل گرفتند، جهان نسبت به آنچه اکنون وجود دارد کمتر غنی از فلز بود، زیرا فلزات در ستارگان تکامل یافته و انفجار‌های ستاره‌ای غول پیکر شکل می‌گیرند.

این دو کوتوله سفید مشاهده شده پنجره‌ای هیجان انگیز به سوی تکامل سیاره‌ای در محیطی فقیر از فلز و غنی از گاز ارائه می‌دهند که با شرایطی که هنگام شکل‌گیری منظومه شمسی وجود داشت، تفاوت دارد.