ستاره‌شناسان چگونه سن سیاره‌ها و ستاره‌ها را تخمین می‌زنند؟

به گزارش اسپیس، «آدام بورگاسر»(Adam Burgasser) استاد ستاره‌شناسی و اخترفیزیک «دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو»(UC San Diego) است که به بررسی جالب‌ترین ستاره‌ها، کوتوله‌های قهوه‌ای و سیارات فراخورشیدی می‌پردازد. او در مقاله خود، نحوه اندازه‌گیری سن سیاره‌ها و ستاره‌ها را توضیح داده است.

اندازه‌گیری سن سیاره‌ها و ستاره‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند این اجرام چه زمانی شکل گرفته‌اند و چگونه تغییر می‌کنند. به ویژه در مورد سیارات، به این نکته می‌پردازند که آیا حیات زمان داشته است تا روی آنها تکامل یافته باشد. مشکل اینجاست که اندازه‌گیری کردن سن اجسام فضایی دشوار است.

ستاره‌هایی مانند خورشید، درخشندگی، دما و اندازه مشابهی را برای میلیاردها سال حفظ می‌کنند. ویژگی‌های سیاره مانند دما اغلب توسط ستاره‌ای که به دور آن می‌چرخند، تنظیم می‌شود و زیاد تحت تاثیر سن و تکامل خودشان نیست.

تعیین کردن سن یک ستاره یا سیاره می‌تواند به اندازه حدس زدن سن شخصی که از کودکی تا دوران بازنشستگی دقیقا یکسان به نظر می‌رسد، دشوار باشد.

بررسی کردن سن یک ستاره

ستاره‌ها در طول زمان به صورت ماهرانه‌ای در روشنایی و رنگ تغییر می‌کنند. ستاره‌شناسان با اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق می‌توانند اطلاعات به دست آمده در مورد یک ستاره را با مدل‌های ریاضی مورد مقایسه قرار دهند تا پیش‌بینی ‌کنند که با بزرگ‌تر شدن ستاره‌ها چه اتفاقی می‌افتد و سن ستاره را تخمین ‌بزنند.

ستاره‌ها نه تنها می‌درخشند، بلکه می‌چرخند. با گذشت زمان، چرخش آنها آهسته می‌شود و ستاره‌ها به یک چرخ ریسندگی شباهت پیدا می‌کند که هنگام روبه‌رو شدن با اصطکاک، سرعت خود را کاهش می‌دهد. ستاره‌شناسان با مقایسه کردن سرعت چرخش ستاره‌ها در سنین متفاوت توانسته‌اند روابط ریاضی را برای سن ستاره‌ها ایجاد کنند. این روش به نام «ژیروکرونولوژی»(Gyrochronology) شناخته می‌شود.

چرخش ستاره، یک میدان مغناطیسی قوی و فعالیت مغناطیسی مانند شراره‌های ستاره‌ای را ایجاد می‌کند که انفجارهای قوی انرژی و نور در سطح ستاره‌ها هستند. کاهش مداوم فعالیت مغناطیسی یک ستاره نیز می‌تواند به تخمین زدن سن آن کمک کند.

یک روش پیشرفته‌تر برای تعیین کردن سن ستاره‌ها، «اخترلرزه‌شناسی»(Asteroseismology) است. ستاره‌شناسان، ارتعاشات روی سطح ستاره‌ها را مطالعه می‌کنند که امواج حاضر در فضای داخلی، آنها را حرکت می‌دهند. ستاره‌های جوان، الگوهای ارتعاشی متفاوتی را نسبت به ستاره‌های قدیمی دارند. ستاره‌شناسان با استفاده از این روش، قدمت خورشید را ۴.۵۸ میلیارد سال تخمین زده‌اند.

تخمین زدن سن یک ستاره

در منظومه شمسی، رادیونوکلئیدها کلید تعیین کردن قدمت سیارات هستند. رادیونوکلئیدها اتم‌های ویژه‌ای هستند که به آرامی انرژی را در مدت زمان طولانی آزاد می‌کنند. رادیونوکلئیدها به عنوان ساعت‌های طبیعی به دانشمندان کمک می‌کنند تا سن انواع اجرام، از سنگ گرفته تا استخوان و سفال را تعیین کنند.

اگرچه مطالعه رادیونوکلئیدها یک روش قوی برای اندازه‌گیری سن سیاره‌هاست اما مشکلاتی هم به همراه دارد. ستاره‌شناسان معمولا فقط تصویری از یک سیاره برای رفتن به نزدیکی آن دارند. آنها اغلب سن اجرام فضایی سنگی مانند مریخ یا ماه را با شمارش دهانه‌های آنها تعیین می‌کنند. سطوح قدیمی‌تر، دهانه‌های بیشتری نسبت به سطوح جوان‌تر دارند. با وجود این، فرسایش ناشی از آب، باد، پرتوهای کیهانی و جریان گدازه آتشفشان‌ها می‌تواند شواهد تاثیرات پیشین را از بین ببرد.

روش‌های قدیمی برای سیاره‌های غول‌پیکر مانند مشتری کار نمی‌کنند. با وجود این، ستاره‌شناسان می‌توانند سن این سیاره‌ها را با شمردن دهانه‌های قمر آنها یا مطالعه کردن توزیع گروه خاصی از شهاب‌سنگ‌های پراکنده‌شده توسط آنها تخمین بزنند که با روش‌های رادیونوکلئید و شمارش دهانه سیاره‌های سنگی سازگار است.

ما هنوز نمی‌توانیم سن سیاره‌های بیرون از منظومه شمسی را با فناوری‌های کنونی به طور مستقیم اندازه‌گیری کنیم.

اندازه‌گیری‌ها چقدر دقیق هستند؟

منظومه شمسی، بهترین گزینه را برای سنجش دقت فراهم می‌کند زیرا ستاره‌شناسان می‌توانند سن رادیونوکلئیدی سنگ‌های روی زمین، ماه یا سیارک‌ها را با سن اخترلرزه‌شناسی خورشید مقایسه کنند و این موارد به خوبی مطابقت دارند.

اعتقاد بر این است که ستاره‌ها در خوشه‌هایی مانند «خوشه پروین» یا «امگا قنطورس» تقریبا در یک زمان تشکیل شده‌اند. بنابراین، روش تخمین زدن سن ستاره‌های منفرد در این خوشه‌ها باید یکسان باشد. ستاره‌شناسان می‌توانند در جو برخی از ستاره‌ها که برای بررسی سن آنها از روش‌های دیگر استفاده شده است، رادیونوکلئیدهایی مانند اورانیوم را شناسایی کنند.

ستاره‌شناسان بر این باورند که سیاره‌ها تقریبا همسن ستاره‌های میزبان خود هستند. بنابراین بهبود روش‌های تعیین کردن سن ستاره، به تعیین کردن سن سیاره نیز کمک می‌کند. با مطالعه کردن سرنخ‌های ظریف می‌توان سن ستاره‌ را حدس زد.

این پژوهش در مجله «The Conversation» به چاپ رسید.