در این فاز، اندازهٔ خورشید به شکل چشمگیری افزایش مییابد و احتمالاً سیارههای عطارد، زهره و حتی شاید زمین را در خود فرو خواهد برد. کمی بعدتر، خورشید دچار فروپاشی گرانشی میشود و لایههای بیرونی خود را به فضا پرتاب میکند و در نهایت هستهای چگال و داغ از آن باقی میماند که «کوتولهٔ سفید» نام دارد. هرچند این سناریو پایان سیارهٔ زمین خواهد بود، اما پایان منظومهٔ شمسی نیست؛ چرا که کوتولهٔ سفید باقیمانده از خورشید، همچنان توسط ابرهایی از عناصر سنگین و مواد باقیمانده احاطه خواهد شد.
این تنها چرخهٔ طبیعی کیهان است؛ جایی که تنها چیز ثابت، تغییر است و هیچ چیز واقعاً هدر نمیرود. با این حال، یک تیم بینالمللی از اخترشناسان زمانی شگفتزده شدند که دریافتند یک کوتولهٔ سفید بسیار قدیمی همچنان در حال بلعیدن بقایای منظومهٔ سیارهای پیشین خود است. آنها با استفاده از رصدخانهٔ بزرگ W. M. Keck در موناکیای هاوایی، شواهد طیفسنجی مربوط به ۱۳ عنصر شیمیایی مختلف را که معمولاً در اجسام سنگی یافت میشود، آشکار کردند. این کشف، درک ما از مراحل پایانی تکامل ستارهها را به چالش میکشد.
این گروه شامل پژوهشگرانی از «مؤسسه تروتیه برای پژوهش در سیارات فراخورشیدی»، «دانشکدهٔ فیزیک دانشگاه مونترآل»، «مرکز پژوهشی اخترفیزیک کبک» (CRAQ)، «آزمایشگاه زمین و سیارات مؤسسهٔ کارنگی»، «رصدخانهٔ جمینی / NOIRLab»، «دانشگاههای متعدد» و همچنین «مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی» (STScI) بود. یافتههای آنها در تاریخ ۲۲ اکتبر در نشریهٔ Astrophysical Journal Letters منتشر شد.
اعتبار تصویر: دانشگاه مونترآل.
سیستمی که آنها مطالعه کردند، «LSPM J0207+3331» نام دارد و در فاصلهٔ ۱۴۵ سال نوری از زمین قرار گرفته است. این کوتولهٔ سفید بسیار کهنسال است؛ حدود ۳ میلیارد سال عمر دارد و در پوششی غنی از هیدروژن احاطه شده است. پژوهشگران با استفاده از طیفسنج پیشرفتهٔ HIRES روی تلسکوپ Keck I توانستند مجموعهای از مواد معدنی را شناسایی کنند؛ از جمله سدیم (Na)، منیزیم (Mg)، آلومینیوم (Al)، سیلیسیم (Si)، کلسیم (Ca)، تیتانیوم (Ti)، کروم (Cr)، منگنز (Mn)، آهن (Fe)، کبالت (Co)، نیکل (Ni)، مس (Cu) و استرانسیم (Sr).
بر اساس تحلیلهای انجامشده، این عناصر بخشی از یک جسم سنگی تفکیکشده با قطر حداقل ۲۰۰ کیلومتر بودهاند که بر اثر کشش گرانشی ستاره متلاشی شده است. دیسک غبار و سنگی حاصل از متلاشی شدن این جسم، قدیمیترین و فلزدارترین دیسکی است که تاکنون پیرامون یک کوتولهٔ سفید غنی از هیدروژن مشاهده شده است. «اریکا لو بوردِه» نویسندهٔ اصلی مقاله و پژوهشگر مؤسسه iREX در این باره میگوید:
«این کشف، درک ما از تکامل سامانههای سیارهای را به چالش میکشد. ادامهٔ فرایند جذب ماده در چنین مرحلهٔ دیرهنگامی نشان میدهد که کوتولههای سفید ممکن است همچنان بقایای سیارهای را که دستخوش تغییرات دینامیکی هستند در اطراف خود داشته باشند.»
این سامانه نمونهای از «کوتولهٔ سفید آلودهشده» است؛ اصطلاحی که برای کوتولههای سفیدی بهکار میرود که با ابرهایی از مواد سنگی و فلزی احاطه شدهاند. تقریباً نیمی از کوتولههای سفید مشاهدهشده نشانههایی از جذب عناصر سنگین دارند، اما معمولاً این عناصر زیر لایههای هیدروژنی پنهان میمانند و قابل شناسایی نیستند. از این رو، شناسایی این عناصر در این سیستم اهمیت ویژهای دارد.
وجود عناصر سنگین نشان میدهد که این ستاره زمانی دارای منظومهٔ سیارهای بوده و این منظومه در طول میلیاردها سال دچار بیثباتی شده است. این بیثباتی میتواند ناشی از برخورد نزدیک یک ستارهٔ سرگردان، عبور یک جرم بزرگ یا تعامل طولانیمدت میان چند سیاره بوده باشد. تیم پژوهشی برآورد میکند که این اختلال احتمالاً در چند میلیون سال اخیر رخ داده است، یعنی بسیار پس از مرگ ستارهٔ مادر.
میزان زیاد مواد سنگی شناساییشده دور این کوتولهٔ سفید نیز این فرضیه را تقویت میکند؛ زیرا چنین مقدار زیادی از بقایای سیارهای برای یک کوتولهٔ سفید ۳ میلیارد ساله بسیار غیرعادی است. به نظر میرسد سیارهها یا اجرام کوچک این سامانه بر اثر یک ناپایداری دیرهنگام، دچار آشفتگی مداری شده و یکی از این اجرام در اثر نیروی کشندی کوتولهٔ سفید از هم گسیخته است. «جان دیبِز» از STScI در این باره میگوید:
«چیزی بهوضوح این سامانه را مدتها پس از مرگ ستاره آشفته کرده است. این نشان میدهد که حتی پس از گذشت میلیاردها سال، هنوز مخزنی از مواد وجود دارد که میتواند کوتولهٔ سفید را آلوده کند. از دست رفتن جرم ستاره در مراحل پایانی تکامل میتواند مدار سیارات، دنبالهدارها و سیارکها را بیثبات کند. امید داریم با رصدهای آینده بتوانیم تشخیص دهیم که این آشفتگی ناشی از تعامل سیارهها بوده یا برخورد نزدیک یک ستارهٔ دیگر.»
اعتبار تصویر: ناسا / آژانس فضایی اروپا (ESA) / جوزف اُلمستد (مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی – STScI).
گام بعدی پژوهشگران، جستوجوی علت این آشفتگی است. یکی از گزینهها وجود یک سیارهٔ غولآسا شبیه مشتری در بخشهای بیرونی سامانه است. چنین سیارهای بهراحتی قابل مشاهدهٔ مستقیم نیست، اما میتوان از طریق آشفتگیهای گرانشی و حرکت ستاره آن را تشخیص داد. در این زمینه، تلسکوپ فضایی «گایا» متعلق به سازمان فضایی اروپا (ESA) ابزار بسیار مناسبی است. همچنین تلسکوپ فضایی «جیمز وب» (JWST) میتواند با مشاهدات فروسرخ، به شناسایی اجرام دوردست این سامانه کمک کند.
این نتایج نهتنها فرضیات موجود دربارهٔ تکامل نهایی ستارگان را به چالش میکشد، بلکه تصویری روشنتر از سرنوشت احتمالی آیندهٔ منظومهٔ شمسی در اختیار ما قرار میدهد. همانگونه که LSPM J0207+3331 اکنون مشغول بلعیدن بقایای سیارههایش است، شاید میلیاردها سال بعد کوتولهٔ سفید حاصل از خورشید نیز چنین فرایندی را پشت سر بگذارد.