(صفحه علم روزنامه اعتماد)

روش های سنجش دما و ساختار ستارگان

برگماشتن طبیعت ستارگان دوردست

امین حمزه ئیان / www.Nutshell.ir

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی ستارگان از اولین مواردی هستند که در ذهن هر شخصی سوال ایجاد می کند. یافتن دما و ساختار ستارگان نه تنها برای افراد علاقه مند جذابیت دارد، بلکه برای اخترشناسان نیز از مهم ترین و اساسی ترین نیازهایی است که در ابتدای رصدها و تحلیل های پیشرفته تر خود باید به آنها پاسخی مناسب دهند. از این جهت بررسی تک تک ویژگی های فیزیکی و شیمیایی هر یک از ستارگان موجب شناخت هر چه بیشتر ما از جزییات ساختار کهکشان راه شیری و دیگر کهکشان ها می شود.

رنگ خورشید از فضای خارج جو زمین سفید متمایل به زرد است. سطح خارجی آن حدود شش هزار درجه کلوین دما دارد و در هسته آن به دلیل فشار فراوانی که در آن ناحیه وجود دارد، دما به بیش از 15 میلیون درجه کلوین می رسد. با بررسی خورشید و مقایسه آن با دیگر ستارگان کهکشان درمی یابیم که خورشید به عنوان نمونه یی از یک ستاره متوسط و معمولی بسیار نزدیک به ما، در اواسط عمر آرام خود (مرحله رشته اصلی) است. بین رنگ و دمای ستارگان رابطه یی خاص برقرار است به طوری که رنگ ستارگان نشان دهنده دمای آنها است. در طیف الکترومغناطیسی و بخش نور مرئی پایین ترین انرژی برای رنگ قرمز (طول موج بلند و کم انرژی) و قوی ترین آن برای آبی (طول موج کوتاه و پرانرژی) است. برای نمونه ستارگان بسیار پرجرم و جوان، رنگی متمایل به آبی را از خود نشان می دهند و آرام آرام با سوزاندن سوخت خود و رسیدن به مرحله اîبîرغول سرخ که موجب باد شدن و سرد شدن ستاره می شود، رنگ شان به سمت سرخی متمایل می شود. اخترشناسان با بررسی طیفی ستارگان آنها را از لحاظ رنگ و دما به هفت دسته اصلی تقسیم کرده اند. در بین آنها همان طور که گفتیم ستارگان آبی بیشترین دما را دارند و می توانند تا 50 هزار درجه کلوین دما داشته باشند و سردترین ستارگان رنگی سرخ گون دارند که دمای سطحی آنها ممکن است تا حد سه هزار درجه کلوین کم باشد. البته برای بررسی دقیق رنگ هر ستاره به امکانات پیچیده تری نیاز داریم اما می توان تفاوت برخی از ستارگان را همچون ستاره «ابط الجوزا» در صورت فلکی شکارچی که رنگی متمایل به سرخ نسبت به دیگر ستارگان آسمان دارد، به راحتی تشخیص داد. «ابط الجوزا» یک ستاره غول و پیر است که قطری حدود 750 برابر قطر خورشید دارد و با انفجار ابرنواختری به عمر خود پایان خواهد داد. دما روی لایه های فوقانی این ستاره به سه هزار و 500 درجه کلوین می رسد.

البته به دست آوردن دما از طریق رنگ ظاهری هر ستاره ممکن است خطاهایی نیز داشته باشد. به خصوص این گونه خطاها برای ستاره های دوردست بسیار بیشتر است زیرا هرچه ستاره یی دورتر از ما قرار گرفته باشد، بالطبع نورش هم باید از فضای گسترده تری از غبار موجود در پهنه کهکشان عبور کند و این امر باعث جذب بخش زیادی از نور هر ستاره می شود. با فرض میانگین غبار میان ستاره یی، نور هر ستاره در هر سه هزار و 300 سال نوری، نصف می شود. غبار میان ستاره یی باعث جذب طول موج های کوتاه آبی شده و این امر موجب قرمزشدگی رنگ ظاهری ستارگان دوردست از دید ناظر زمینی می شود. از این جهت اخترشناسان با استفاده از طیف سنجی ستارگان، تعیین دمای سطحی آنها را انجام می دهند.

همچنین دانشمندان برای یافتن ترکیبات هر ستاره طیف نشری عناصر مختلف را در آزمایشگاه ها گرفته و آن را با کل طیف گرفته شده از هر ستاره مقایسه می کنند تا ترکیبات ستارگان را بیابند. برای نمونه زمانی که گاز متشکل از اتم هیدروژن در آزمایشگاه به وسیله گرما یا جریان الکتریسیته برانگیخته می شود از خود نور تولید می کند (همانند آنچه در لامپ مهتابی رخ می دهد) و دانشمندان نور منتشر شده را از طیف نگار عبور داده و بعد از تجزیه آن، خطوط عنصر هیدروژن را می یابند. حال زمانی که اخترشناسان طیف یک ستاره را می گیرند در آن خطوطی تاریک را مشاهده می کنند. این خطوط تاریک نشان دهنده جذب نور ستاره توسط برخی مواد است و زمانی که این خطوط تاریک را با طیف نشری عناصری که در آزمایشگاه به دست آورده اند مقایسه می کنند متوجه وجود عناصری می شوند که به واسطه آن عناصر، بخشی از نور ستاره جذب شده و به صورت خطوط تاریک نمایان شده است. مثلاً در طیف جذبی خورشید حدود 30 هزار خط تاریک یافت می شود که معمولاً هرچند خط نشان از یک عنصر خاص در سطح این ستاره است.

البته نباید فراموش کرد که ستارگان تمام انرژی خود را در محدوده نور مرئی منتشر نمی کنند بلکه یک ستاره در تمام طول موج ها انرژی خود را آزاد می کند و بسته به جرم و ویژگی های فیزیکی اش، قله تابشش نیز در بازه های مختلفی از طیف الکترومغناطیسی تغییر می کند. از این رو برای بررسی همه جانبه ستارگان نمی توان تنها به محدوده نور مرئی اکتفا کرد. این موضوع به صورتی است که حتی برخی از ستارگان، خود را در نور مرئی نشان نمی دهند. خورشید با دمای سطحی شش هزار درجه کلوین بیشترین انرژی خود را در نور مرئی منتشر می کند، اما ستارگانی داغ تر با دمای سطحی بیش از 10 هزار درجه، بیشترین تابش (قله تابش) خود را در محدوده فرابنفش تولید می کنند و همچنین قله تابش ستارگانی با دمای سه هزار درجه کلوین در محدوده فروسرخ است.