بررسی رقص ستارگان در خوشه پروین

* ستارگان خوشه‌ی پروین یا ام۴۵ همانند رقصندگان باله در چرخشند، ولی هر یک با سرعتی متفاوت با دیگران. اخترشناسان مدت‌ها در پی یافتن عاملی بودند که سرعت چرخش این ستارگان را تعیین می‌کند.

تلسکوپ فضایی کپلر ناسا در ماموریت دوم خود به نام K2 (کی۲) با رصد این ستارگان رقصنده به دانشمندان کمک کرد تا کامل‌ترین سیاهه (فهرست) را از دوره‌های چرخش ستارگان یک خوشه پدید آورد. این اطلاعات می‌تواند به اخترشناسان کمک کند به دیدگاهی از جایگاه و چگونگی شکل‌گیری سیاره‌ها پیرامون این ستارگان، و شیوه‌ی دگرگونی خود چنین ستارگانی دست یابند.

این عکس خوشه‌ی ستاره‌ای پروین را از چشم کاوشگر پیمایشی میدان-گسترده‌ی ناسا (وایز، WISE) نشان می‌دهد.
تصویر در دو اندازه‌ی بزرگ‌- بسیار بزرگ (۶ مگابایت)

لوییزا ریبول، پژوهشگر مرکز پردازش و بررسی فروسرخ در بنیاد فنا.وری کالیفرنیا (کلتک) در پاسادنای کالیفرنیا می‌گوید: «ما امیدواریم با مقایسه‌ی یافته‌هایمان از این خوشه با خوشه‌های دیگر چیزهای بیشتری درباره‌ی پیوند میان جرم یک ستاره، سن آن، و حتی تاریخ سامانه‌‌اش بیاموزیم.» ریبول نویسنده‌ی اصلی دو پژوهشنامه‌ی تازه‌ و از نویسندگان یک پژوهشنامه‌ی دیگر درباره‌ی این یافته‌هاست که همگی در آسترونومیکال جورنال منتشر شده‌اند.

خوشه‌ی پروین یکی از نزدیک‌ترین و نمایان‌ترین خوشه‌های ستاره‌ای است که به طور میانگین، ۴۴۵ سال نوری از زمین فاصله دارد. ستارگان این خوشه با داشتن عمری حدود ۱۲۵ میلیون سال به دوران "بزرگسالی جوان" ستاره‌ای (stellar young adulthood) رسیده‌اند. به نظر می‌رسد ستارگان در این دوره‌ی زندگی سریع‌تر از همه‌ی دوره‌های بعدی به گرد محور خود می‌چرخند.

هنگامی که یک ستاره‌ی معمولی دوره‌ی بزرگسالی‌اش را می‌گذراند، به دلیل گسیلسش‌های فراوانی از ذرات باردار که به نام باد ستاره‌ای شناخته می‌شوند (در سامانه‌ی خورشیدی خودمان به آن باد خورشیدی می‌گوییم) انرژی از دست می‌دهد. این ذرات باردار در راستای میدان‌های مغناطیسی ستاره حرکت می‌کنند، که روی هم رفته یک اثر ترمزی بر نرخ چرخش ستاره وارد می‌کند.

ریبال و همکارانش تصمیم گرفتند به کمک تلسکوپ کپلر، این دگرگونی‌های چرخش ستارگان را به طور ژرف‌تری کاوش کنند. کپلر حدود ۱۰۰۰ ستاره‌ی عضو خوشه‌ی پروین را در مدت ۷۲ روز رصد کرد و در این مدت، نرخ چرخش ۷۵۰ ستاره در این خوشه‌ را اندازه گرفت، از جمله حدود ۵۰۰ تا از کم‌جرم‌ترین، کوچک‌ترین و کم‌نورترین اعضای خوشه که نرخ چرخششان را به کمک ابزارهای روی زمین نتوانسته بودند اندازه بگیرند.

کپلر به کمک سنجش نور ستاره و دیدن تغییرات کوچک در آن می‌تواند نرخ چرخش آن را اندازه بگیرد. این تغییرات نور دستاورد "لکه‌های ستاره‌ای" هستند که مانند لکه‌های خورشیدی، هنگامی پدید می‌آیند که گره‌های مغناطیسی جلوی آزاد شدن طبیعی انرژی در جاهایی از سطح ستاره را می‌گیرند. در نتیجه این مناطق خنک‌تر از سطح پیرامون شده و تاریک‌تر از آنها دیده می‌شوند.

با چرخش ستاره، لکه‌ی تیره‌ی سطحش وارد میدان دید کپلر شده از آن بیرون می‌رود و راهی برای اندازه‌گیری نرخ چرخش آن به دست می‌دهد. لکه‌های خورشید ما نسبت به لکه‌های ستارگان جوان خوشه‌ی پروین بسیار کوچک‌تر است زیرا در آنها به دلیل همین جوانیشان، آشفتگی‌ها و فعالیت‌های مغناطیسی بیشتری رخ می‌دهد. لکه‌های آنها به اندازه‌ای بزرگند که باعث اُفت بسیاری در نور آنها شده و اندازه‌گیری نرخ چرخششان را آسان‌تر می‌کند.

در مدت رصد این ستارگان، یک الگوی آشکار در داده‌ها دیده شد: هر چه ستاره‌ای پرجرم‌تر بود کندتر می‌چرخید و برعکس. دوره‌ی چرخش ستارگان بزرگ و کُند ۱ تا ۱۱ روز زمینی بود. ولی بسیاری از ستارگان کم‌جرم در کمتر از ۱ روز به گرد محور خود یک دور کامل می‌چرخیدند. (برای مقایسه، خورشید باوقار ما در هر ۲۶ روز یک دور کامل می‌زند.) برخی از ستارگان به نسبت کم‌جرم هم در میان ستارگانی با چرخش کند جای می‌گرفتند: شماری از ستارگانِ کمی بزرگ‌تر، داغ‌تر و پرجرم‌تر از خورشید تا ستارگانی به نسبت کوچک‌تر، خنک‌تر و کم‌جرم‌تر از آن. ولی ستارگان گریزپا و تند-چرخ که کمترین جرم را داشتند، جرمشان به یک دهم جرم خورشید می‌رسید.

ریبال می‌گوید: «ما در باله‌ی خوشه‌ی پروین می‌بینیم که چرخندگانِ کُند پرجرم‌ترند، در حالی که سریع‌ترین چرخندگان ستارگانی بسیار سبکند.»

به گفته‌ی ریبال و همکارانش، دلیل اصلی این تفاوت ساختار درونی ستارگان است. ستارگان بزرگ‌تر هسته‌ای غول‌پیکر دارند که لایه‌ای نازک از مواد ستاره‌ای آن را در میان گرفته و فرآیند همرفت در آن رخ می‌دهد، چیزی مانند حرکت چرخشی آبِ جوشان. از آن سو، ستارگان کوچک تقریبا به طور کامل از یک ناحیه‌ی همرفت و پرآشوب تشکیل شده‌اند. با بالغ شدن ستاره، سازوکار ترمزیِ میدان‌های مغناطیسی، نرخ چرخش لایه‌ی بیرونی ستارگان را کُند می‌کند، ولی این کار در ستارگان بزرگ که لایه‌ی بیرونی نازکی دارند آسان‌تر از ستارگان کوچک که توده‌ی همرفتی و آشفته‌ی بزرگی دارند انجام می‌شود.

پژوهشگران فکر می‌کنند از آنجایی که خوشه‌ی پروین خوشه‌ای نزدیک به زمین است، باید بتوان [به کمک آن] رابطه‌ی پیچیده‌ای که میان نرخ چرخش ستارگان و دیگر ویژگی‌های آنها وجود دارد را رمزگشایی کرد. این ویژگی‌های ستارگان هم به نوبه‌ی خود می‌توانند بر شرایط آب و هوایی و زیست‌پذیری سیاره‌های آنها اثر بگذارند. برای نمونه، با کند شدن چرخش، تولید لکه‌های ستاره‌ای هم کند شده [به دلیل بالا رفتن سن ستاره] و توفان‌های ستاره‌ایِ مربوط به این لکه‌ها هم کمتر می‌شوند. توفان ستاره‌ایِ کمتر به معنای اینست که پرتوهای شدید و زیان‌بار کمتری به فضا گسیل می‌شود و به وجود آمدن احتمالی زیست‌کره برای سیاره‌های پیرامونشان را با خطر کمتری روبرو می‌سازد.

ریبال می‌گوید: «خوشه‌ی پروین نمونه‌ی خوبی برای مدل‌های نظری از چرخش ستارگان، هم پیر و هم جوان است. هنوز چیزهای بسیاری هست که می‌خواهیم درباره‌ی این که ستارگان چگونه، کِی و چرا از نرخ چرخش خود می‌کاهند و "کفش‌های رقص" خود را می‌آویزند بیاموزیم.»

ریبال و همکارانش اکنون سرگرم وارسی داده‌های ماموریت کی۲ از یک خوشه‌ی پیرتر به نام خوشه‌ی کندو یا ام۴۴ هستند تا بررسی بیشتری روی این پدیده در ساختار و فرگشت ستارگان انجام دهند.

استیو هاول، دانشمند پروژه‌ در ماموریت کی۲ در مرکز پژوهشی ایمز ناسا در مافت فیلد کالیفرنیا می‌گوید: «ما از این که داده‌های کی۲ از خوشه‌های ستاره‌ای مانند خوشه‌ی پروین اطلاعات تازه‌ی فراوانی را برای اخترشناسان فراهم کرده و شناخت ما از چگونگی چرخش ستارگان در درازنای زندگیشان را بالا برده بسیار هیجان‌زده‌ایم.»

رویکرد ماموریت کی۲ در بررسی ستارگان، بهره‌ گرفتن از توانایی فضاپیمای کپلر در مشاهده‌ی دقیق تغییرات جزیی در نور ستارگان است. ماموریت اصلی کپلر در سال ۲۰۱۳ پایان یافت، ولی ماموریت کی۲ که در سال ۲۰۱۴ آغاز شد به رصدهای فراسیاره‌ای و اخترفیزیکی ادامه می‌دهد.
--------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

http://telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

ballet dancer - star - Pleiades cluster - M45 - rotation rate - NASA - Kepler space telescope - K2 - planet - solar system - Luisa Rebull - Infrared Processing and Analysis Center - Caltech - Pasadena - California - Astronomical Journal - star cluster - Earth - Pleiads - adulthood - stellar wind - solar wind - magnetic field - dynamics - starspot - sunspot - sun - ballet - convection - exoplanet - biosphere - Praesepe - Beehive Cluster - Steve Howell - NASA - Ames Research Center - Moffett Field - California - WISE - Wide-field Infrared Survey Explorer

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان