کوتوله های سفید، که تعدادشان در کهکشان ما نسبتا" زیاد است، آخرین مرحله تکامل بسیاری از ستاره ها هستند. ستاره هایی که جرمشان تقریبا" معادل جرم خورشید (2/1 جرم خورشید) و یا کمتر از آن است به احتمال زیاد همگی به کوتوله سفید تبدیل می شوند. این اصطلاح برای توصیف مرحله ای از تکامل ستاره ای به کار می رود که ستاره پس از تبدیل شدن به غول سرخ، در آن مرحله از انقباض باز می ایستد. در مرحله کوتوله سفید، ماده ستاره ای فشرده می شود و به جسم کم نور، به اندازه ای بسیار کوچک، به بزرگی زمین، تبدیل می شود. از آنجا که ستاره دیگر هیچ منبعی برای تولید انرژی ندارد، سرد می شود.

نقاشی خیالی از شعرای یمانی و همدم کوتوله سفید آن

در سال 1862، نخستین بار یک ستاره شناس آمریکایی به نام الوان کلارک در حال آزمایش تلسکوپ5/18 اینچی خود، همدم شعرای یمانی را دید و اما این همدم که به نام شعرای یمانی- B خوانده می شود که خود یک معما است. در طیف سنجی مشخص شد که سطح آن از خورشید ما گرمتر است اما ستاره ای بسیار تیره تر از خورشید ما می باشد. این موضوع نشانگر آن است که قطر همدم باید کم و در حدود 2 درصد خورشید یعنی دو برابر زمین باشد. این مقدار از نظر نجومی مقدار بسیار کوچکی است، لذا این ستاره داغ و کوچک نام کوتوله سفید را به خود گرفت.

شعرای یمانی

اکنون مشخص شده است که کوتوله سفید باقیمانده ستاره هایی مانند خورشید در هنگام مرگ است. بنابراین مرگ خورشید ما با تولد یک کوتوله سفید همراه است.

هنوز هم معمای کوتوله های سفید پایان نیافته است. شعرای یمانی – B با وجود کوچکی، همان اندازه وزن خورشید را دارد. جای گرفتن این همه جرم در حجمی این کوچکی، باید جسمی آنچنان چگال و فشرده را تشکیل دهد که نظیر آن روی زمین وجود ندارد. در حقیقت یک فنجان از مواد تشکیل دهنده یک کوتوله سفید صد ها تن وزن دارد.

شعرای یمانی و همدم کوتوله سفید آن در اشعه ایکس

جالب اینجاست که ستاره پرنور صورت فلکی کلب اصغر(سگ کوچک) دومین سگ شکارچی یعنی شعرای شامی نیز یک همدم کوتوله سفید کم فروغ دارد که مشاهده آن نسبت به همدم شعرای یمانی کمی مشکل تر است.

شعرای یمانی – B هر 50 سال یک بار به دور ستاره شعرای یمانی می چرخد. البته تفکیک همدم شعرای یمانی از درون تلسکوپ های آماتوری تقریبا" ناممکن است چراکه این دو ستاره بسیار به هم نزدیک هستند و پرنوری شعرای یمانی (در حدود 10000 بار شدید تر از نور همدم) مانع از تفکیک همدم خود می شود. حتی در سال 2025 که آنها بیشترین فاصله را از هم خواهند داشت برای تفکیک آنها به یک تلسکوپ 10 اینچ و با شرایط رصدی مناسب نیاز است تا این همدم کم نور را از ستاره درخشان شعرای یمانی تفکیک کرد.

مدار کوتوله سفید شعرای یمانی

درخشندگی کوتوله های سفید

از روی فاصله و نورانیت ظاهری اندازه گیری شده کوتوله های سفید، محاسبه درخشندگی آن ها امکان پذیر است. کوتوله های سفید ستاره های بسیار کم نوری هستند، برای مثال می توان به منظومه شعرای یمانی و همدم کوتوله سفیدش اشاره کرد. شعرای یمانی یک ستاره معمولی است و نورانی ترین ستاره آسمان است. اما همدم کوتوله سفید آن 10 قدر کم نورتر است و آن را جز با تلسکوپ در شرایط مناسب نمی توان دید.

درخشندگی کوتوله های سفید گستره وسیعی از قدر مطلق حدود 10+ تا حدود 20+ دارد.

رنگ کوتوله های سفید

رنگ تقریبا" 1000 کوتوله ی سفید اندازه گیری شده است. این رنگها گستره ای از آبی سیر تا زرد را نشان می دهند. گستره ی دما های مربوط به این رنگها از حدود 100000 درجه کلوین تا 5000 درجه کلوین است که آبیترین تا سرخترین اجسامی را که گمان می رود کوتوله سفید باشند در بر می گیرد.

طیف کوتوله های سفید

طیف کوتوله های سفید بسیار متفاوت از ستاره های معمولی است. در بیشتر طیف ها خطوط طیفی اندکی وجود دارد. تنها خطوطی که به صورت برجسته و واضح دیده می شوند خططو هیدروژن است. با این حال طیف بعضی از کوتوله های سفید، نمود های غیر عادی به چشم می خورد. به طور مثال، کوتوله های سفیدی وجود دارند که در طیف آنها اثری از خطوط مربوط به هیچ عنصری دیده نمی شود.!!! طیف برخی از کوتوله های سفید فقط خطوط هلیوم را نشان می دهد، بی آنکه خطوط هیدروژن در آن قابل مشاهده باشد. در طیف برخی دیگر خطوط عناصر سنگین مانند کلسیوم و آهن وجود دارد. آن دسته از کوتوله های سفید که در طیفشان اثری از هیدروژن نیست؛ احتمالا" ستاره هایی هستند که هیدروژن پوش بیرونی آنها، هنگامی مه ستاره غول بوده است، تماما" از دست رفته و تمام هیدروژن مغزی آن نیز به سبب واکنشهای هسته ای، سوخته است.

جرم کوتوله های سفید

خوشبختانه، برخی از کوتوله های سفیدی که کشف شده اند، عضو منظومه های دوتایی هستند، از این رو تعیین جرم آنها به طور قابل اعتمادی میسر است. از مشهور ترین کوتوله های سفید همدم های ستاره های شعرای یمانی و شعرای شامی است که جرم دقیق آن را می توان بدست آورد. محاسبه مدارهای این ستارگان نشان می دهد که جرم شعرای یمانی – B ، 05/1 برابر جرم خورشید و جرم شعرای شامی – B ، 63/0 جرم خورشید است. این مقادیر، مقادیر نمونه برای کوتوله های سفید هستند و دلایل خوبی در دست است که قبول کنیم هیچ کوتوله سفید نمی تواند بسیار پرجرم تر از خورشید باشد. محاسبات نشان می دهد که جرم و اندازه کوتوله های سفید با هم ارتباط عجیبی دارند. معلوم شده هرچه جرن کوتوله سفید بیشتر باشد، اندازه آن کوچکتر است. علاوه بر آن محاسبات نشان می دهد اگر جرم ستاره ای بیشتر از 2/1 جرم خورشید باشد، نمی تواند سیستم پایدای را تشکیل دهد، زیرا در این صورت باید شعاع منفی داشته باشد که البته این بی معنا است. ستاره های پرجرمتر به طریقی متفاوت تز از آنکه مستقیما" به کوتوله سفید تبدیل شوند می میرند. این گونه ستاره ها ممکن است در پایان عمرشان به ستاره نوترونی و یا شاید سیاهچاله تبدیل شوند. در مقالات آینده در مورد سیاهچاله ها بیشتر سخن خواهیم گفت.

مقایسه اندازه کره زمین، کوتوله سفید و ستاره نوترونی

چگالی کوتوله های سفید

کوتوله های سفید اجسامی هستند بسیار کوچک که شعاع آنها بسیار نزدیک به یک صدم شعاع خورشید در حدود شعاع زمین است. چون جرم کوتوله های سفید تقریبا" معال جرم خورشید است در نتیجه چگالی آنها می باید در حدود 1003 با حدود 1 میلیون برابر چگالی خورشید باشد.

چگالی میانگین یک کوتوله سفید در حدود 100000 برابر چگالی آن است، یعنی یک فنجان از کوتوله سفید می باید 100 تن وزن داشته باشد. مقدار ثقل در سطح کوتوله های سفید نیز به حد باور نکردنی زیاد است و به حدود 100 میلیارد برابر ثقل زمین است. بنابراین هر جسمی که به منظور کاوش در سط یکی از کوتوله های سفید فرود آید، بی درنگ بر اثر گرانش بسیار زیاد آن از هم می پاشد.

ساختار کوتوله های سفید

محاسبات در خصوص ماهیت کوتوله های سفید نشان می دهد مه در این ستاره ها ماده بیشتر همانند جامد عمل می ستاره آفریقا بزرگترین الماس روی زمینکند تا گاز، از این رو ستاره نیز مانند جسمی سخت است. با سرد شدن کوتوله سفید، تغییری در اندازه و ساختار آن رخ نمی دهد. درون آنها، بوسیله الکترونها شبکه ای بلوری مانند شبکه بلوری سنگ یا آن تشکیل می دهند، پایا می ماند. بطور مثال دانشمندان کوتوله سفیدی را کشف کرده اند که درون آن مملو از الماس است در واقع این کوتوله سفید بزرگترین گوهر دنیا به بزرگی کره زمین است که آقای Travis Metcalfe در مرکز اخترفیزیک Smithsonian دانشگاه هاروارد آن را کشف کرده است. شاید او پولدارترین مرد روی زمین باشد که حتی پولهای بیل گیتس هم به گرد الماس او نرسند.

اختر شناسان می گویند قطر این کوتوله 4023 کیلومتر است و وزن آن 5/2 میلیون، ترلیون، ترلیون کیلوگرم است و هسته الماسی این ستاره الماسی به بزرگی 10 میلیارد، ترلیون، ترلیون قیراط دارد. برای مقایسه باید بگویم که بزرگترین الماس ( Cullinan ) درسال 1905 در آفریقای جنوبی کشف شد که 3106 قیراط (623 گرم) وزن داشت و الماس 530 قیراطی (106 گرم) ستاره آفریقا که روی تاج ملکه انگلیس قرار دارد قسمتی برش یافته از آن است.

این ستاره در صورتفلکی قنطورس است و حدود 50 سال نوری با ما فاصله دارد. (فکر کنم ارزش سفر را داشته باشد.)

بزرگترین الماس کشف شده عالم یک کوتوله سفید است که 50 سال نوری با ما فاصله دارد

جو کوتوله های سفید

طیف های رصد شده نشان می دهد که جو کوتوله های سفید به طور قابل توجهی با هم متفاوتند. مسلما" به خاطر ثقل سطحی بسیار زیاد این ستاره های سرد ساختار جو آن نیز کاملا" غیر عادی است. جو آن باید فشار زیاد و اندازه ای کوچک (به ضخامت تنها 100 متر) داشته باشد. این ضخامت در مقایسه با شعاع آن که در حدود 100000 کیلومتر (100 میلیون متر) بسیار کم است.

سرمایش در کوتوله های سفید

نظریه توصیف کنند کوتوله سفید حاکی از آن است که دمای ستاره رفته رفته کاهش می یابد. اما شعاع آن هرگز تغییر نمی کند. تابش ناچیزی که از کوتوله های سفید آشکار می کنیم ، اتلاف انرژی در سیستم کوتوله سفید نشان می دهد، انرژی که هرگز دوباره بدست نمی آید و نمی تواند از طریق فرآیند های هسته ای درون ستاره تولید شود این انرژی حرکتی هسته های اتمی موجود در درون کوتوله سفید است و با نشت این انرژی از سطح ستاره، حرکتهای هسته ای نیز کاملا" باز می ایستند. در اینصورت هسته ها دیگر حرکت نمی کنند و ساختار بلوری آن تشکیل می شود و از آن پس هم الکترونها و هسته های اتمی همانند الکترونها و هسته های اتمی جسم جامد عمل می کنند.

کوتوله سفید به آرامی سرد می شود. محاسبه شده است یک کوتوله سفید متوسط در حدود 10 میلیارد سال (در حدود عمر جهان) طول می کشد تا دمای آن به 3000 درجه کلوین برسد، درنتیجه ما کوتوله ای سرد تر از این در کهکشان خود نخواهیم داشت.

محاسبه شده است که با رسیدن دمای کوتوله سفید به 3000 درجه کلوین درخشندگی آن بسیار پایین می آید، بطوری که می توان ستاره را "کوتوله سیاه" نامید. از پیش بینی تکامل ستارگان چنین بر می آید که تقریبا" تمامی مواد کهکشان ما سرانجام به شکل کوتوله های سیاه درخواهند آمد. به سبب آنکه بخشی از جرم ستارگان، پیوسته به فضای میان ستاره ای دفع می شوند و در آنجا مجددا" ستارگان دیگری تشکیل می شوند، شکل گیری ستارگان تا زمانهای طولانی ادامه خواهد یافت، حتی اگر ماده در قالب کوتوله های سفید و سیاه محبوس باشد. با وجود این احتمال به نظر می رسد که بالاخره تقریبا" تمام جرم کهکشان ما بدین طریق محو خواهد شد و بقه آن نیز چه به صورت گاز رقیق میان ستاره ای که در نتیجه رویدادهای انفجاری از سیستم پرتاب می گردد و یا به صورت ماده ای گرفتار در ستاره های نوترونی یا سیاهچاله ها ناپدید خواهد شد. البته شما نگران نباشید چون چنین فرآیندی ممکن است صد میلیارد سال یا یک میلیون میلیارد سال بکشد اما مرگ کهکشان ما و در آمدن به صورت جرمی ناپیدا و آکنده از خاکستر ستارگان سرد، اجتناب ناپذیر است. شاید تنها پدیده های ناشناخته بتواند از چنین پایان تاریک و ساکت کهکشان ما، و از پایان تمام جهان، پیشگیری کند.


صفحه فیس بوک ما

Moon