الأمر ليس سهلاً كما تعتقد
نحن نعرف الكثير عن النجوم. بعد قرون من توجيه التلسكوبات إلى السماء ليلاً ، يمكن لعلماء الفلك والهواة على حدٍ سواء اكتشاف السمات الرئيسية لأي نجم ، مثل كتلته أو تكوينه.
لحساب كتلة النجم ، ما عليك سوى إلقاء نظرة على دوره المداري والقيام ببعض الجبر. لتحديد مما هو مصنوع ، انظر إلى طيف الضوء الذي يصدره النجم. لكن المتغير الوحيد الذي لم يكتشفه العلماء بعد هو الوقت.
يقول عالم الفلك ديفيد سودربلوم David Soderblom من معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور: "الشمس هي النجم الوحيد الذي نعرف عمره". "كل شيء آخر يتم التمهيد له من هناك."
حتى النجوم المدروسة جيدًا تفاجئ العلماء بين الحين والآخر. في عام 2019 ، عندما خفت نجم العملاق الأحمر Betelgeuse واسمه العربي "منكب الجوزاء" ، لم يكن علماء الفلك متأكدين مما إذا كان يمر بمرحلة أو ما إذا كان انفجار سوبر نوفا وشيكًا. اتضح أنها كانت مجرد مرحلة. هزت الشمس الأشياء أيضًا عندما لاحظ العلماء أنها لم تكن تتصرف مثل النجوم الأخرى في منتصف العمر. إنه ليس نشطًا مغناطيسيًا مقارنة بالنجوم الأخرى من نفس العمر والكتلة. يشير ذلك إلى أن علماء الفلك قد لا يفهمون تمامًا الجدول الزمني لمنتصف العمر.
يمكن أن تعطي الحسابات المستندة إلى الفيزياء والقياسات غير المباشرة لعمر النجم تقديرات الفلكيين. وبعض الطرق تعمل بشكل أفضل مع أنواع مختلفة من النجوم. فيما يلي ثلاث طرق يحسب بها علماء الفلك عمر النجم.
مخططات هيرتزبرونج-راسل
يمتلك العلماء طريقة جيدة جدًا في كيفية ولادة النجوم ، وكيف تعيش وكيف تموت. على سبيل المثال ، النجوم تحترق من خلال وقودها اي الهيدروجين ، وتنتفخ ، وفي النهاية تطرد غازاتها إلى الفضاء ، سواء كان ذلك بضربة أو أنين. ولكن عندما تحدث كل مرحلة من مراحل دورة حياة النجم بالضبط ، تصبح الأمور معقدة. اعتمادًا على كتلتها ، تصطدم بعض النجوم بهذه النقاط بعد عدد مختلف من السنوات. تموت النجوم الأكثر ضخامة في سن صغيرة ، بينما يمكن للنجوم الأقل ضخامة أن تحترق لمليارات السنين.
في مطلع القرن العشرين ، ابتكر عالما فلك - إجنار هيرتزبرونج وهنري نوريس راسل - بشكل مستقل فكرة رسم درجة حرارة النجوم مقابل سطوعها. تتوافق الأنماط الموجودة على مخططات Hertzsprung-Russell ، أو HR ، مع أماكن تواجد النجوم المختلفة في دورة الحياة تلك. اليوم ، يستخدم العلماء هذه الأنماط لتحديد عمر العناقيد النجمية ، التي يُعتقد أن جميع نجومها قد تشكلت في نفس الوقت.
التحذير هو أنه ما لم تقم بالكثير من العمليات الحسابية والنمذجة ، يمكن استخدام هذه الطريقة فقط للنجوم في مجموعات ، أو من خلال مقارنة لون نجم واحد وسطوعه مع مخططات H-R النظرية. يقول عالم الفلك ترافيس ميتكالف من معهد علوم الفضاء في بولدر ، كولو: "الأمر ليس دقيقًا للغاية. ومع ذلك ، فهو أفضل شيء لدينا."
معدل الدوران
بحلول سبعينيات القرن الماضي ، لاحظ علماء الفيزياء الفلكية وجود اتجاه: تدور النجوم في العناقيد الأصغر بشكل أسرع من النجوم في العناقيد الأقدم. في عام 1972 ، استخدم عالم الفلك Andrew Skumanich معدل دوران النجم ونشاط السطح لاقتراح معادلة بسيطة لتقدير عمر النجم: معدل الدوران = العمر.
كانت هذه طريقة الانتقال للنجوم الفردية لعقود من الزمن ، لكن البيانات الجديدة أحدثت ثغرات في فائدتها. اتضح أن بعض النجوم لا تتباطأ عندما تصل إلى عمر معين. بدلاً من ذلك ، تحافظ على نفس سرعة الدوران لبقية حياتها.
يقول ميتكالف: "الدوران هو أفضل شيء يمكن استخدامه للنجوم الأصغر من الشمس". بالنسبة للنجوم الأقدم من الشمس ، هناك طرق أخرى أفضل.
علم الزلازل النجمية
البيانات الجديدة التي أكدت معدل الدوران لم تكن أفضل طريقة لتقدير عمر نجم فردي جاءت من مصدر غير متوقع: تلسكوب كبلر الفضائي لصيد الكواكب الخارجية. ليس مجرد نعمة لأبحاث الكواكب الخارجية ، فقد دفع كبلر علم الزلازل النجمية إلى المقدمة من خلال التحديق في نفس النجوم لفترة طويلة حقًا.
إن مشاهدة وميض نجم يمكن أن يعطي أدلة على عمره. ينظر العلماء إلى التغيرات في سطوع النجم كمؤشر لما يحدث تحت السطح ، ومن خلال النمذجة ، يحسبون تقريبًا عمر النجم. للقيام بذلك ، يحتاج المرء إلى مجموعة بيانات كبيرة حقًا حول سطوع النجم - والتي يمكن أن يوفرها تلسكوب كبلر.
يقول سودربلوم: "يعتقد الجميع أن الأمر كله يتعلق بالعثور على الكواكب ، وهذا صحيح". "لكني أحب أن أقول إن مهمة كبلر كانت مهمة خفية في الفيزياء النجمية."
ساعد هذا النهج في الكشف عن أزمة منتصف العمر المغناطيسية للشمس وقدم مؤخرًا بعض الأدلة حول تطور مجرة درب التبانة. منذ حوالي 10 مليارات سنة ، اصطدمت مجرتنا بمجرة قزمة. لقد وجد العلماء أن النجوم التي خلفتها تلك المجرة القزمة أصغر سنًا أو في نفس عمر النجوم الأصلية لمجرة درب التبانة. وبالتالي ، ربما تكون مجرة درب التبانة قد تطورت بسرعة أكبر مما كان يعتقد سابقًا.
نظرًا لأن التلسكوبات الفضائية مثل TESS التابع لناسا و CHEOPS التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية تقوم بمسح بقع جديدة من السماء ، سيتمكن علماء الفيزياء الفلكية من معرفة المزيد عن دورة الحياة النجمية والتوصل إلى تقديرات جديدة لمزيد من النجوم.
بصرف النظر عن الفضول حول النجوم في الفناء الخلفي الخاص بنا ، فإن لعصر النجوم آثار تتجاوز نظامنا الشمسي ، من تكوين الكواكب إلى تطور المجرات - وحتى البحث عن حياة خارج كوكب الأرض.
"في أحد هذه الأيام - ربما سيمر بعض الوقت - يدعي شخص ما أنه يرى علامات الحياة على كوكب يدور حول نجم آخر. السؤال الأول الذي سيطرحه الناس هو ، "كم عمر هذا النجم؟" يقول سودربلوم. "سيكون هذا سؤالا صعبا للإجابة عليه."
المصدر