چرا کوتوله‌های سرخ عمری طولانی‌ دارند؟

 در حالی‌ که خورشید، ۵ تا ۱۰ میلیارد سال خواهد درخشید، ستاره های کوتوله‌ ی سرخ که سردتر و کوچک تر هستند، برای مدت طولانی‌ تری – حدود تریلیون‌ها سال- عمر می کنند. راز این عمر طولانی‌ چیست؟

 

تصویری از چگونگی انتقال گرما در ستاره های کوتوله سرخ

به گزارش بیگ بنگ، شاید شما بگویید خورشید ما عمر بسیار طولانی‌ دارد. این چند میلیارد سال عمر به اندازه ی کافی‌ مدت بسیار طولانی‌ برای زندگی‌ به شمار می‌‌آید، اما حتی این مدت زمان طولانی‌ در مقایسه با عمر ستاره‌های کم جرم‌-کوتوله‌های سرخ- بسیار کوتاه به نظر می‌‌رسد. این ستاره‌های بسیار کوچک، تنها یک دوازدهم جرم خورشید را دارند، اما به جای طول عمر جزئی‌ و کوتاه، تا تریلیون‌ها سال به حیات ادامه خواهند داد. راز این درازای عمر آنها چیست؟ برای اینکه دلیل این عمر طولانی‌ کوتوله‌های سرخ را پیدا کنیم، بهتر است در ابتدا، نگاهی‌ به ستارگان رشته ی اصلی‌ انداخته و ببینیم این‌ ستاره ها چگونه رفتار می کنند. مثل اینکه خورشید را مانند یک پرتقال، پوست گرفته و لایه‌های تشکیل دهنده ی زیرین را بررسی کنیم.

در هسته، دما و فشار بسیار زیاد حاصل از جرمی که اجزای ستاره ها را تشکیل می دهد، باعث تبدیل اتم‌های هیدروژن به هلیوم شده و آزادسازی اشعه گاما را به همراه دارد. فضای اطراف هسته، ناحیه ی تابشی‌ نام دارد ولی‌ از دمای‌ لازم برای ذوب و گداخته شدن برخوردار نیست. در عوض، فوتون‌های انرژی که از درون هسته تولید می شوند، بارها و بارها آزاد شده و جذب می‌‌شوند، و سفری تصادفی به خارجی‌‌ترین لایه ستاره خواهند داشت.

در نتیجه، خارج از این ناحیه ی تابشی‌، یک منطقه همرفتی دیده می‌‌شود، جایی‌ که گوی‌هایی‌ از پلاسمای بسیار داغ روی سطح، شناور شده و موجب انتقال گرما به فضای بیرون میشوند. سپس این گوی‌ها سرد شده، به داخل برگشته و گرمای بیشتری جذب می‌‌کنند. در طی‌ این مدت، هلیوم در هسته در حال تولید است. نهایتا، هیدروژن موجود در هسته تمام شده وهسته می‌‌میرد. حتی اگر هسته تنها کسری از کل هیدروژن موجود در خورشید را تشکیل دهد، در نبود هسته، دیگر هیچ مکانیزمی برای ترکیب و تولید هلیوم وجود نخواهد داشت.

تصویری هنری از ستاره ی کوتوله ی سرخ

یک کوتوله ی سرخ، اساسا نسبت به یک ستاره رشته ی اصلی‌ مانند خورشید متفاوت رفتار می‌‌کند. زیرا جرم کمتری نسبت به خورشید دارد، هسته و ناحیه ی همرفتی دارد ولی‌ ناحیه ی تابشی‌ ندارد. همه ی اینها دلایلی بر رفتار متفاوت این دو نوع ستاره هستند. در کوتوله ی سرخ، ناحیه همرفتی مستقیماً به هسته متصل می‌‌شود، هلیوم به عنوان یک فرآورده ی فرعی حاصل از ذوب و گداختگی، در سراسر ستاره پخش می‌‌شود. جریان همرفتی، هیدروژن جدید را به هسته ی ستاره می‌‌آورد، جایی‌ که فرایند گداختگی، به کمک آن‌ ادامه می‌‌یابد.

به این ترتیب با مصرف کامل هیدروژن، ستاره ی کوتوله ی سرخ میتواند آرام آرام به کمک سوخت ِ هیدروژنی خود تا ۱۰ تریلیون سال زنده بماند. یکی‌ از شگفتی های نجوم مدرن این است که چه تعداد از این کوتوله‌های سرخ کم جرم، سیاره دارند. بعضی‌ از سیاراتی که بیشترین شباهت به زمین را دارند، اطراف این ستاره‌ها دیده شده اند. سیاراتی با جرمی تقریبا برابر جرم زمین که در حال چرخش درون منطقه ی سکونت پذیر ستاره ی خودشان هستند. منطقه ی قابل سکونت در اخترشناسی، منطقه ای است که امکان وجود آب بر روی سطح سیارات در این ناحیه وجود دارد.

یکی‌ از بزرگ‌ترین مشکلاتی که راجع به کوتوله‌های سرخ وجود دارد این است که آنها بسیار متغیر و بی‌ ثبات هستند. به عنوان مثال، ممکن است ۴۰ درصد از سطح ستاره کوتوله ی سرخ با لکه‌های خورشیدی پوشانده شود، این امر باعث کاهش تابش منتشر شده از آن‌ شده و اندازه ی ناحیه ی زندگی‌ این ستاره را تغییر خواهد داد.
سایر کوتوله‌های سرخ، شعله‌های ستاره‌ای قدرتمندی را تولید می‌‌کنند، شعله‌هایی‌ که میتواند بیانگر شکل جدیدی از زندگی‌ باشند. اخیرا، ستاره دی جی تازی، شعله‌ای تولید کرده است که ۱۰۰۰۰ بار قدرتمند تر از شعله‌های دیده شده در خورشید است.

نمایی هنری از روی سیاره ی بیگانه ای که کوتوله ی سرخ میزبانش است

خوشبختانه، کوتوله‌های سرخ، تنها در طول چند میلیارد سال اول زندگیشان، این شعله‌های قدرتمند را ایجاد می‌‌کنند. پس از آن‌، برای باقی‌ عمر تریلیون ساله ی خود، آرام گرفته و محیطی‌ بدون تنش را در اطراف خود تجربه می‌‌کنند. این مدت زمان، برای آغاز و تکامل حیات، همان طور که ما انتظار داریم، به اندازه ی کافی‌ طولانی‌ می باشد.

در آینده‌ای دور، برخی‌ از گونه‌های باهوش، ممکن است راهی‌ برای برگرداندن هیدروژن به هسته ی خورشید و از میان برداشتن هلیوم بیابند. اگر آن‌ها موفق به کشف این راه شوند، میلیارد‌ها سال به طول عمر خورشید اضافه خواهد شد. خیلی‌ شرم آور به نظر می‌‌رسد که خورشید با وجود مقدار قابل توجهی‌ هیدروژن قابل استفاده که تنها به اندازه ی یک ناحیه تابشی‌ از گداختگی دور مانده است، نتواند به حیات ادامه دهد و بمیرد. آیا شما ایده‌ای در ذهن برای تغییر روند ترکیب هیدروژن و در نتیجه از میان بردن هلیوم در ذهن دارید؟

منبع : بیگ بنگ