How the Universe Works

"کوتوله‌های سفید"

ستارگان کوچکی که قدرت .فراوانی در خود دارند

وقتی اخترشناس‌ها کوتوله‌های سفید رو برای اولین بار کشف کردن

واکنششون اینطور بود که ...نه، نه، نه، نه"

نه، نه، نه این نمیتونه ".واقعیت داشته باشه

اتفاقاتی که درون این ،جرم کیهانی رخ میده

تنها میتونه به عنوان پدیده‌ای .فوق‌العاده عجیب تشریح بشه

آنها کالبدِ در حال انجماد ستارگانی

.مانند خورشید ما هستند

اما تحقیقات جدید حاکی از آن است که کوتوله‌های سفید

یکی از نیروهای محرکه .جهان ما هستند

این اجرام سیارات رو میبلعن، اونها نور با انرژی بالا رو از خودشون ساطع میکنن؛

.اونها به بیان واقعی منفجر میشن

و اونها در عمل میتونن

درباره طبیعت خودِ جهان .هستی به ما آگاهی بدن

رازی مخوف درون

قلبِ کوتوله‌های سفید .پنهان شده است

ما انفجار ستاره‌های مرده رو میبینیم

ولی هنوز نمیدونیم که چرا .این اتفاقات رخ میده

آیا دانشمندان در نهایت میتوانند بفهمند که این ستارگان کوچک

چطور به چنان نقش‌آفرینانِ بزرگی مبدل میشوند؟

:کانال تلگرام Doc_Uni

"جهان چگونه عمل میکند؟" فصل نهم، قسمت پنجم

:مترجم N.Raz

ماه دسامبر سال 2018 میلادی؛

اخترشناسان پرتوهای نور عجیبی را که از کهکشانی

با فاصله 250 میلیون سال نوری .از زمین ساطع میشد، تشخیص دادند

"GSN 069"

GSN 069 ما میدونیم که کهکشان یک سیاه‌چاله کلان‌جرم

رو در مرکز خودش داره

و این سیاه‌چاله نیم میلیون بار .حجیم‌تر از خورشیده

!واقعاً سیاه‌چاله بزرگیه

همچنین، این سیاه‌چاله اشعه‌های ایکس رو

...به صورت کاملاً یکنواخت

و هر نُه ساعت ساطع میکنه، برای چی؟

پرتوها به اندازه‌ای پرانرژی و منظم هستند که

این سیاه‌چاله کلان‌جرم به طور حتم روزانه سه بار

جرمی برابر با جرم سیاره .عطارد را میبلعد

سؤال بزرگ اینه که چه چیزی این مقدار از غذا رو

در اختیار این سیاه‌چاله قرار میده؟

در ماه مارس سال 2020 میلادی .دانشمندان به جواب خود رسیدند

ستاره بخت برگشته‌ای در انتهای حیات خود

وارد کشتارگاه این .سیاه‌چاله شده است

اینکه ستاره‌ای به یک ،سیاه‌چاله کلان‌جرم نزدیک بشه

مثل اینه که یک دونات لعاب‌دار

.خیلی به من نزدیک بشه

اصلاً امکان نداره بتونن .از دست ما فرار کنن

ستاره‌هایی که خیلی به یک سیاه‌چاله نزدیک بشن

.تیکه پاره میشن

یک جورایی توسط سیاه‌چاله به اونها حمله میشه

و بعضی از مواد سازنده ستاره هم به صورت

طوفان، فواره یا اشعه‌های قدرتمندی درمیان

.و از محل درگیری دو جرم خارج میشن

اما این ستاره به نحوی از برخورد نزدیک خود

با سیاه‌چاله کلان‌جرم .جان سالم به در میبرد

تحقیقات بیشتر نشان داده است که این ستاره کوچک و پرتراکم بوده

.و "کوتوله‌ای سفید" محسوب میشود

بنابراین، چه چیزی این ستاره کوچک را تقریباً فنا ناپذیر میکند؟

.جواب در نحوه تشکیل آن قرار دارد

،اگر به دوره حیات یک ستاره نگاه کنیم .میتونیم سرنخی رو به دست بیاریم

،یک ستاره با گداختگی هیدروژن رو به هلیوم تبدیل میکنه

و همین باعث "همجوشی .هسته‌ای" میشه

این همجوشی هسته‌ای هم چیزیه که .یک ستاره رو پایدار نگه میداره

تعادل دقیقی بین فشار تابشی

به وجود اومده در اثر همجوشی هسته‌ای که به سمت بیرون فشار وارد میکنه

و فشار گرانشی‌ای که به سمت درون .کشش ایجاد میکنه، وجود داره

اما زمانی که ستاره‌هایی مثل خورشید ،ما به آخر حیات خودشون نزدیک میشن

.سوخت هیدروژنشون تموم میشه

ستارگان مانند خورشید هلیوم بیشتر و بیشتری میسازند

و این هلیوم در مرکز .آنها انباشته میشود

به تدریج، وزنِ کلان لایه‌های بیرونی ستاره

.هسته هلیومی آن را در هم میشکند

همونطور که به سن هسته اضافه میشه، کوچیکتر و داغ‌تر میشه

همین اتفاق هم نرخ واکنش‌های .هسته‌ای ستاره رو افزایش میده

این واکنش‌های همجوشی هسته‌ای انرژی بیشتری تولید کرده

و لایه‌های بیرونی یا پوشش ستاره .را به سمت بیرون هل میدهند

چون که انرژی بیشتری در سرتاسر پوشش ستاره جریان پیدا میکنه

.پوشش متورم میشه

حجم ستاره تا 100 برابر .اندازه اصلی خود منبسط میشود

این ستاره زرد به یک .غول سرخ" تبدیل میشود"

سرانجام، لایه‌های بیرونی ...غول سرخ ریزش پیدا کرده

و پوسته گازی خیره‌کننده‌ای به .نام "سحابی سیاره‌نما" تشکیل میشود

سحابی‌های سیاره‌نما .زیباترین اجرام در فضا هستند

!واقعاً تماشایی‌ان

ستاره‌ای که حیات خودش رو در یکی از این ،سحابی‌های سیاره‌نما به پایان میرسونه

یک کوتوله سفید رو در مرکز خودش به جا میذاره

و این کوتوله سفید اساساً ،مثل گدازه سفت شده‌ست

.گدازه سفت و ستاره‌وار

زمانی که دیگه امکان برقراری ،همجوشی هسته‌ای وجود نداشته باشه

این چیزیه که از اون ستاره .به خصوص باقی میمونه

تمام چیزی که باقی میماند ...یک کوتوله سفید درخشان بوده

.یعنی بقایای هسته یک ستاره مرده

،GSN 069 اما در کهکشان

سیاه‌چاله کلان‌جرم بر .سرعت این روند افزوده است

،این سیاه‌چاله تنها در چند روز

لایه‌های بیرونی غول .سرخ را از آن جدا کرد

سیاه‌چاله تقریباً تمام بخش‌های خوب ستاره

و تمام بخش‌هایی که به راحتی میتونسته .بهشون دست پیدا کنه رو بلعیده

...چیزی که باقی گذاشته

به نوعی استخوان یا بقایای .کوتوله سفید به حساب میاد

این کوتوله سفید تنها یک پنجم

.حجم خورشید را داراست

چگونه یک ستاره کوچک میتواند

از نزدیکی بیش از حد به یک سیاه‌چاله جان سالم به در ببرد؟

ممکنه فکر کنین چون کوتوله سفید خیلی کوچیکه

دوام چندانی نداره؛

چون که مواد زیادی در اطرافش ،نیست تا بتونه ازش تغذیه کنه

اما درست برعکس .این قضیه اثبات شده

کوتوله سفید با اندازه جیبی .خود، از مواد اشباع شده است

،اگر اون یه ستاره معمولی بود .خیلی وقت پیش‌ها تکه پاره شده بود

،اما چون اون تراکم زیادی داره

و کُره به هم فشرده‌ای از .مواده، میتونه دووم بیاره

...مثلاً خورشید رو تصور کنین

که تقریباً به اندازه کره زمین .فشرده و جمع شده

همون جرم اولیه رو داره ،ولی به شدت جمع و جور شده

بنابراین با این اوصاف توپ بسکتبالی به این شکل میتونه

به اندازه 35 وال .آبی وزن داشته باشه

تراکم به شدت بالای کوتوله سفید از آن در برابرِ

گرانش بی‌امانِ سیاه‌چاله .کلان‌جرم محافظت میکند

مدار کوتوله سفید هر 9 ساعت ،یکبار به سیاه‌چاله نزدیک میشه

...و هر بار که با اون مواجه بشه

سیاه‌چاله بخشی از مواد .اون رو به سمت خودش میکشه

این اجرام به نوعی دارن ...بازی طناب‌کشیِ

.کهکشانی بین خودشون انجام میدن

،سیاه‌چاله اندازه بزرگتری داره .پس برنده مسابقه اونه

اما کوتوله سفید چگالی زیادی ،داره و برای همین شدیداً سرسخته

و میتونه برای مدت زمان طولانی .در این مسابقه دووم بیاره

کوتوله سفید قراره برای میلیاردها سال

در مداری به دور سیاه‌چاله .کلان‌جرم باقی بمونه

اونها قراره نبردی تاریخی مثل .داوود و جالوت داشته باشن

وقتی اخترشناسان برای اولین بار ...کوتوله سفید را کشف کردند

فکر نمیکردند که آنها .بتوانند وجود داشته باشد

چطور این جرم میتواند چنین ...چگالی فوق‌العاده بالایی داشته

و زیر این وزن زیاد متلاشی نگردد؟

مکانیک کوانتوم، علم ذرات اتمی

و زیراتمی میتواند .به این پرسش پاسخ بدهد

ما اینجا در دنیای ماکروسکوپی

.به قوانین فیزیک عادت کردیم

اما زمانی که وارد دنیای زیراتمی ،میشی و اون رو بررسی میکنی

.اوضاع خیلی عجیب میشه

در اینجا ما الکترون رو داریم که یکی از

،کوچکترین ذرات در عالمه

و این الکترون‌های کوچیک

وظیفه پشتیبانی از کل ساختار .اون ستاره رو بر عهده دارن

الکترون‌ها واقعاً تمایلی ...به فشرده شدن

.در یک فضای تنگ رو ندارن

اگر سعی کنین که مقادیر زیادی از اونها ،رو در یک فضای کوچیک فشرده کنین

به شدت از خودشون .مقاومت نشون میدن

و این اثری رو به وجود میاره که اصطلاحاً .بهش "فشار تبهگنی الكترون" میگن

این الکترون‌های تبهگن شده از رمبشِ

،کوتوله سفید جلوگیری میکنند

اما خواص عجیبی را به .این ستارگان میدهند

رفتار کوتوله‌های سفید

نسبت به رفتار اجرامِ .عادی خیلی متفاوته

به عنوان مثال سیارات و .ستاره‌ها رو در نظر بگیرین

اونها وقتی جرم بیشتری رو به دست .بیارن از نظر حجمی بزرگتر میشن

اما کوتوله‌های سفید .درست برعکس هستن

همونطور که جرم بیشتری دریافت .میکنن، اندازه‌شون کوچیکتر میشه

هر چه یک کوتوله سفید ،جرم بیشتری داشته باشد

الکترون‌ها بیشتر به ...یکدیگر فشرده میشوند

و ستاره ساختار کوچکتر و .متراکم‌تری پیدا میکند

این تراکم بالا، نشان دهندهِ

.ساختار عجیب کوتوله سفید است

این ستاره اتمسفری به شدت نازکی داشته

که اکثراً از هیدروژن و در بعضی بخش‌ها .از گاز هلیوم تشکیل شده است

اگر بخوایم یک آسمان خراش رو از روی زمین برداریم و اون رو

...روی یک کوتوله سفید قرار بدیم

و بعدش خودمون رو به نوک ،اون آسمان خراش برسونیم

اون وقت خارج از اتمسفر اون ،کوتوله سفید قرار میگیریم

.و دیگه توی ماورای جو قرار داریم

،در زیر این لایه اتمسفر نازک

سطحی متشکل از هلیوم متراکم .با قطر 48 کیلومتری وجود دارد

این سطح، بخش درونی

متشکل از کربن و اکسیژنِ مایع .و فوق داغ را احاطه میکند

سطح یک کوتوله سفید

میتونه نیم میلیون درجه .دما داشته باشه

در بخش درونی ستاره دما حتی بالاتر هم هست

،و به همین خاطر عناصر سازنده ستاره

.مثل عناصر عادی رفتار نمیکنن

،سرانجام در طی میلیاردها سال

هسته مرکزی کوتوله سفید خنک شده .و حالتی جامد به خود میگیرد

زمانی که دمای اتم‌های ،کربن و اکسیژن پایین میاد

.بلور‌هایی رو تشکیل میدن

در واقع، الماس هم از تبلور کربن به دست میاد

پس در مرکز این کوتوله‌های سفیدِ خنک شده

الماسی به اندازه سیاره .زمین میتونه تشکیل بشه

کوتوله‌های سفید به تدریج باقیِ انرژی خود را نیز از دست داده

تا زمانی که تنها کره‌ای از موادِ سرد و مُرده بر جای بماند؛

"یک "کوتوله سیاه

ما هرگز این چیزی که بهش ،کوتوله سیاه میگیم رو ندیدیم

.و دلیل ساده‌ای هم وجود داره

...چون مقدار زمان بسیار زیاد

و به بیانی ده‌ها میلیارد سال طول میکشه تا ستاره به اون نقطه برسه

و این مقدار از کل .سن جهان هم بیشتره

این سرنوشتِ سیاه اکثر ستارگان با اندازه متوسط

.از جمله خورشید ما است

این مرگ تدریجی و طولانی شاید ،کولوته‌های سفید را عادی جلوه بدهد

اما این ستارگان کوچک میتوانند

جواب برخی از سؤالات ما .درمورد کیهان را پاسخ بدهند

شاید که این ستاره‌ها ،کوچیک و کم نور باشن