ما اطلاعات زیادی در مورد ستاره‌ها داریم. پس از قرن‌ها مشاهده‌ی آسمان شب توسط تلسکوپ‌ها، ستاره‌شناسان و منجم‌های آماتور می‌توانند ویژگی‌های کلیدی هر ستاره مانند جرم یا ترکیب آن را تشخیص بدهند.
برای محاسبه‌ی جرم یک ستاره، کافی است تناوب مداری آن را بررسی‌کرده و کمی جبر (ریاضیات) به کار ببرید. برای تعیین اینکه از چه چیزی ساخته شده‌است، به طیف نوری که ستاره ساطع می‌کند نگاه کنید. اما تنها چیزی که دانشمندان هنوز بر آن فائق نیامده‌اند سن ستاره است.
دیوید سودربلوم، ستاره‌شناسی از موسسه‌ی علمی تلسکوپ فضایی بالتیمور می‌گوید: “خورشید تنها ستاره‌ای است که ما سن آن را می‌دانیم. چیز‌های دیگر خود به خود در آن‌جا پدید آمده‌اند!”
حتی ستاره‌هایی که خوب مطالعه و بررسی شده‌اند گاه و بی‌گاه دانشمندان را شگفت زده می‌کنند. در سال ۲۰۱۹ وقتی ابرستاره سرخ بتلژئوس (Betelgeuse) کم‌نور شد، ستاره‌شناسان مطمئن نبودند که آیا ستاره در حال عبور از یک تغییر فاز است یا اینکه یک انفجار ابرنواختری درحال رخ‌دادن است. (بعد ها مشخص شد که این فقط یک فاز بوده‌است.) خورشید هم، وقتی دانشمندان متوجه‌شدند که مانند سایر ستارگان میان‌سال رفتار نمی‌کند، کمی معادلات را برهم ریخت. این ستاره در مقایسه با سایر ستارگان همسن و هم‌جرم، از نظر مغناطیسی آن‌چنان فعال نیست. این ممکن‌است به این معنی باشد که ستاره‌شناسان ممکن‌است زمان‌بندی میان‌سالی (خورشید) را به طور کامل درک نکرده‌باشند.
محاسبات مبتنی بر فیزیک و اندازه‌گیری غیرمستقیم سن یک ستاره می‌تواند به ستاره‌شناسان امکان تخمین با دقت‌های بالایی بدهند و برخی از روش‌ها برای انواع مختلف ستاره‌ها بهتر عمل می‌کنند. در اینجا، سه روش اخترشناسان برای محاسبه‌ی سن یک ستاره نوشته شده‌است.
نمودارهای هرتسپرانگ-راسل
دانشمندان در مورد نحوه‌ی به‌وجود آمدن ستارگان، نحوه‌ی زندگی و نحوه‌ی مرگ آنها اطلاعات بسیارخوبی دارند. به عنوان مثال، ستارگان از طریق سوخت هیدروژنی خود سوخته،اصطلاحا ورم کرده، منفجرشده و در نهایت گازهای خود را به فضا پرتاب می‌کنند، چه با صدای بلند انفجار و چه با صدایی آهسته! اما وقتی دقیقاً هر مرحله از چرخه‌ی زندگی یک ستاره اتفاق می افتد، جایی‌است که همه چیز پیچیده می‌شود. بسته به جرم آنها، ستارگان معینی پس از سپری‌شدن مدت زمان‌های متفاوت به آن نقاط بحرانی می‌رسند. ستارگان پر جرم‌تر، جوان می‌میرند، در حالی که ستارگان کم‌جرم می‌توانند میلیاردها سال بسوزند.
در اوایل قرن بیستم، دو ستاره شناس – اجنار هرتسپرانگ (Ejnar Hertzsprung) و هنری نوریس راسل (Henry Norris Russell) – به‌طور مستقل این ایده را ارائه‌کردند که نمودار دمای ستارگان و روشنایی آنها را ترسیم کنند. الگوهای این نمودارهای Hertzsprung-Russell یا H-R با مراحلی که ستارگان مختلف در چرخه‌ی زندگی‌شان بودند مطابقت داشت. امروزه دانشمندان از این الگوها برای تعیین سن خوشه‌های ستاره‌ای استفاده می‌کنند که تصور می‌شود ستارگان آنها همگی در یک زمان شکل گرفته‌اند.
البته تا زمانی که ریاضیات و مدل‌سازی زیادی انجام‌دهید، مسئله‌ی احتمالی که وجود دارد این است که این روش را می‌توان فقط برای ستاره‌های خوشه‌ای استفاده‌کرد یا رنگ و روشنایی یک ستاره را با نمودارهای تئوری H-R مقایسه‌کرد. تراویس متکالف، ستاره‌شناس موسسه علوم فضایی در شهر بولدر ایالت کلرادو می‌گوید: “این روش خیلی دقیق نیست. با این وجود، بهترین چیزی است که داریم.”
نرخ چرخش
در دهه ۱۹۷۰، اخترفیزیکدانان متوجه یک روند شده‌بودند: ستاره‌های خوشه‌های جوانتر سریع‌تر از ستاره‌های خوشه‌های پیرتر می‌چرخند. در سال ۱۹۷۲، منجم اندرو اسکومانیچ از سرعت چرخش و فعالیت سطح یک ستاره برای ارائه یک معادله‌ی ساده برای تخمین سن یک ستاره استفاده کرد: نرخ چرخش برابر سن به توان منفی نیم. (نرخ چرخش = ۰.۵-^سن)
این روش،دهه‌ها پرکاربرد ترین روش برای ستارگان بود، اما داده‌های جدید سوالاتی در کاربرد آن ایجاد کرده‌اند. به نظر می‌رسد برخی از ستارگان با رسیدن به سن خاصی سرعت خود را کاهش نمی‌دهند. در عوض، آنها سرعت چرخش یکسانی را برای بقیه‌ی عمر خود حفظ می‌کنند.
متکالف می‌گوید: “چرخش بهترین پارامتر قابل استفاده برای تخمین سن ستاره‌های جوان تر از خورشید است.” برای ستارگان پیرتر از خورشید، روش‌های دیگر بهتر است.
لرزه‌نگاری ستاره‌ای
داده‌های جدیدی که نشان داد بهترین راه برای تخمین سن یک ستاره ، میزان چرخش آن نیست از یک منبع به دور از ذهن به‌دست آمد؛ شکارچی سیاره‌ی فراخورشیدی یعنی تلسکوپ فضایی کپلر. کپلر نه تنها نعمتی برای تحقیقات مربوط به سیاره های فرا خورشیدی بود، بلکه با رصد طولانی مدت همان ستارگان، باعث پیشرفت خیره‌کننده‌ی لرزه نگاری ستاره‌ای شد.
تماشای سوسو زدن یک ستاره می تواند سرنخ هایی از سن آن را نشان دهد. دانشمندان تغییرات درخشندگی یک ستاره را به عنوان نشانگر آنچه در زیر سطح اتفاق می افتد در نظر گرفته، بررسی کرده و با مدل سازی، سن ستاره را به طور تقریبی محاسبه می کنند. برای انجام این کار، فرد نیازمند یک مجموعه داده واقعاً بزرگ از روشنایی ستاره دارد – که تلسکوپ کپلر می تواند آن را ارائه دهد.
سودربلوم می‌گوید: “همه فکر می‌کنند که فرستادن کپلر برای یافتن سیاره بود، که قبلا درست بود. اما من دوست دارم بگویم که ماموریت کپلر یک مأموریت مخفی فیزیک ستاره‌ای بود.”
این رویکرد به آشکارشدن بحران مغناطیسی خورشید در میان‌سالی‌اش کمک کرد و اخیراً سرنخ‌هایی درباره‌ی تکامل کهکشان راهشیری ارائه کرده‌است. حدود ۱۰ میلیارد سال پیش، کهکشان ما با یک کهکشان کوتوله برخورد کرد. دانشمندان دریافته‌اند که ستارگان به‌جا مانده از آن کهکشان کوتوله جوانتر یا تقریباً همسن ستاره‌های اصلی راهشیری هستند. بنابراین، راهشیری ممکن‌است سریع‌تر از آنچه تصور میشد تکامل یافته‌باشد.
همان‌طور که تلسکوپ‌های فضایی مانند TESS ناسا و CHEOPS آژانس فضایی اروپا قسمت‌های جدیدی از آسمان را بررسی می‌کنند، اخترفیزیکدانان قادر خواهندبود در مورد چرخه‌ی حیات ستاره‌ای اطلاعات بیشتری کسب‌کرده و تخمین‌های جدیدی (راجع به سن آنها) برای ستارگان بیشتری ارائه‌دهند.
گذشته از کنجکاوی در مورد ستارگان حیاط خلوت خودمان (کهکشان راه شیری)، عصر ستاره‌ها مفاهیمی فراتر از منظومه‌ی شمسی ما دارد، از شکل‌گیری سیاره‌ها گرفته تا تکامل کهکشان‌ها و حتی جستجوی حیات فرازمینی!
سودربلوم می‌گوید: “یکی از این روزها – احتمالاً مدتی طول می کشد – کسی مدعی می‌شود که نشانه‌هایی از زندگی را در سیاره‌ای در اطراف ستاره‌ای دیگر می‌بیند. اولین سوالی که مردم می پرسند این است که “آن ستاره چند سالش است؟” و پاسخ به این سوال سخت خواهد‌بود.”
مترجم: امین ذکاوتی
ویرایشگر: انوشیروان کفاشیان
منبع: www.sciencenews.org
