شاید عجیب به نظر برسد، اما کافی است منتظر بمانیم تا در اثر گرانش ستاره‌اش تکه‌تکه شود و سپس همان ستاره آن را ببلعد!
اخیراً گروهی از اخترشناسان با استفاده از رصدخانه وی.ام. کِک (W. M. Keck Observatory) در قله مائونا کیا در هاوایی موفق شدند صحنه‌ای حیرت‌انگیز از چنین “آدم‌خواری کیهانی” را مشاهده کنند: یک ستاره مرده شبیه خورشید که پس از سه میلیارد سال از مرگش، بقایای سیاره‌ای خردشده را در حال بلعیدن است.
این رخداد غیرمنتظره، دانش اخترشناسان را درباره تکامل سامانه‌های سیاره‌ای به چالش کشیده است. اریکا لِ بورده (Érika Le Bourdais)، اخترفیزیک‌دان دانشگاه مونترال و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش، می‌گوید:
«این مشاهده درک ما را از فرایند تکامل سامانه‌های سیاره‌ای دگرگون می‌کند. چنین رویداد دیرهنگامی با مدل‌های فعلی ما سازگار نیست.»
این کشف نه تنها رازآلود و علمی است، بلکه تصویری هولناک از آینده منظومه‌ی شمسی ما نیز ارائه می‌دهد؛ حدود پنج میلیارد سال دیگر، خورشید ما نیز لایه‌های بیرونی‌اش را به فضا پرتاب کرده و به یک کوتوله سفید — یعنی تکه‌ای سرد و در حال خاموش‌شدن از ستاره‌ای مرده — تبدیل خواهد شد. در آن زمان، ممکن است بقایای زمین یا سیارات دیگر منظومه ما سرنوشت مشابهی را تجربه کنند.
کشف شواهد شیمیایی از سیاره‌ای نابودشده
دانشمندان در جو ستاره کوتوله سفید مورد بررسی، حضور ۱۳ عنصر سنگین را شناسایی کردند — بیشترین تعداد عناصری که تاکنون در جو یک کوتوله سفید غنی از هیدروژن دیده شده است.
این عناصر نشانگر بقایای سیاره‌ای سنگی هستند که احتمالاً حداقل ۲۰۰ کیلومتر قطر داشته و ساختاری شامل گوشته‌ای سنگی و هسته‌ای فلزی داشته است؛ ساختاری مشابه زمین.
این ستاره‌ی کوتوله سفید با نام LSPM J0207+3331 شناخته می‌شود و در فاصله‌ی ۱۴۵ سال نوری از زمین و در صورت فلکی مثلث (Triangulum) قرار دارد.
به گفته لِ بورده، مشاهده چنین ترکیبات سنگینی در یک کوتوله سفید سرد و هیدروژنی بسیار غیرمنتظره است:
«جو این ستارگان معمولاً کدر است و عناصر سنگین به سرعت درون ستاره فرو می‌روند. انتظار داشتیم فقط تعداد اندکی عنصر را ببینیم، نه این‌همه.»
در مقابل، در کوتوله‌های سفید گرم‌تر و غنی از هلیوم، شناسایی این عناصر آسان‌تر است، زیرا هلیوم شفاف‌تر بوده و فرونشست عناصر سنگین در آن میلیون‌ها سال طول می‌کشد؛ در حالی که در کوتوله‌های سرد هیدروژنی، این فرایند ممکن است تنها چند روز زمان ببرد.
اما با وجود این، کوتوله‌های سفید هیدروژنی فراوان‌ترین نوع در کهکشان راه شیری‌اند و نماینده‌ی اکثر ستارگان مرده‌ای هستند که زمانی شبیه خورشید بوده‌اند. از همین‌رو، این پژوهش راهی تازه برای بررسی تکامل بلندمدت سیاره‌ها در اطراف چنین ستارگان مرده‌ای فراهم کرده است.
وقتی ستاره‌ها راز ترکیب سیارات را برملا می‌کنند
به طرز شگفت‌انگیزی، این ستاره‌های مرده می‌توانند تنها در هنگام نابود کردن سیارات، ترکیب شیمیایی آن‌ها را آشکار سازند!
از آنجا که جزئیاتی مانند ترکیب شیمیایی یا ساختار درونی سیارات فراخورشیدی (مانند هسته فلزی یا گوشته سنگی) را نمی‌توان مستقیماً مشاهده کرد، تنها زمانی که سیاره‌ای توسط کوتوله سفید بلعیده می‌شود، عناصر آن در جو ستاره باقی می‌مانند و مانند اثر انگشت شیمیایی قابل تشخیص هستند.
تحلیل دقیق این اثر انگشت‌ها نشان داد که سیاره‌ی نابودشده دارای درصد جرم هسته‌ای (core mass fraction) حدود ۵۵٪ بوده است.
برای مقایسه، هسته‌ی عطارد تقریباً ۷۰٪ جرم آن را تشکیل می‌دهد و برای زمین، این مقدار حدود ۳۲٪ است. این یافته نشان می‌دهد که آن سیاره ساختاری کاملاً متراکم و فلزی داشته است — شاید شبیه به عطارد یا حتی هسته‌ی فشرده‌ی یک سیاره‌ی سنگی.
نشانه‌هایی از آشوب پس از مرگ ستاره
اما داستان به همین‌جا ختم نمی‌شود. به گفته‌ی جان دبِس (John Debes) از مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) در بالتیمور و از نویسندگان همکار این پژوهش، چیزی در این سامانه باید پس از مرگ ستاره باعث بی‌ثباتی شده باشد:
«چیزی به وضوح باعث اختلال در مدار این سامانه شده است، حتی مدت‌ها پس از مرگ ستاره. این سیاره‌ی نابودشده احتمالاً در اثر فرآیندهای دینامیکی بلندمدتی به سمت ستاره کشیده شده است که هنوز به‌درستی درکشان نکرده‌ایم.»
در واقع، هنگامی که یک ستاره در اواخر عمر خود جرم از دست می‌دهد، نیروی گرانشی‌اش کاهش می‌یابد و ممکن است مدار سیارات و اجرام اطرافش دچار بی‌نظمی و آشوب شود. احتمال دیگر این است که تأثیر گرانشی سیارات بزرگ‌تر در همان سامانه — مثلاً سیاراتی در اندازه مشتری — موجب شده سیاره‌ی کوچک‌تر به تدریج به درون ستاره سقوط کند.
این پدیده را دانشمندان “بی‌ثباتی دیرهنگام” (delayed instability) می‌نامند، که می‌تواند نشانه‌ای از فرایندهای پیچیده‌ی گرانشی در سامانه‌های چندسیاره‌ای باشد.
به دنبال سرنخ‌های بیشتر در داده‌های قدیمی
پژوهشگران اکنون امیدوارند با بررسی داده‌های بایگانی‌شده از تلسکوپ فضایی گایا (Gaia)، بتوانند شواهدی از وجود سیارات بزرگ‌تر در همان سامانه پیدا کنند.
همچنین داده‌های فروسرخ از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) می‌تواند در شناسایی منبع این نابودی کیهانی کمک کند — شاید بتوانند «مجرم اصلی» این رویداد سه میلیارد ساله را پیدا کنند!
این گونه مطالعات می‌توانند ما را در فهم بهتر تکامل سامانه‌های چندسیاره‌ای مرده در سراسر کیهان یاری دهند؛ سامانه‌هایی که هر یک می‌توانند تصویر کوچکی از آینده‌ی منظومه‌ی شمسی ما باشند.
نگاهی به آینده: بررسی مرگ و زندگی سیارات
تحلیل ترکیب شیمیایی جهان‌های نابودشده در اطراف کوتوله‌های سفید، به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا مدل‌های شکل‌گیری و تحول سیارات را در مقیاس کهکشانی آزمایش کنند.
با مطالعه‌ی این بقایا، دانشمندان می‌توانند بفهمند سیارات سنگی مانند زمین چگونه تشکیل می‌شوند، رشد می‌کنند و در نهایت می‌میرند.
این پژوهش در واقع یادآور این حقیقت تلخ اما زیباست که مرگ یک سامانه سیاره‌ای می‌تواند زندگی تازه‌ای به علم بدهد — هر بار که ستاره‌ای سیاره‌ای را می‌بلعد، بخشی از تاریخ کیهانی آن سیاره برملا می‌شود.
و شاید پنج میلیارد سال دیگر، وقتی خورشید ما نیز به کوتوله سفید تبدیل شد و بقایای زمین را در خود فرو برد، تمدنی دیگر در جایی دور، با تلسکوپ‌هایی پیشرفته‌تر از امروز، از روی خطوط شیمیایی جو خورشیدمان بفهمد که زمانی در اطراف آن، سیاره‌ای زیبا و آبی به نام زمین وجود داشته است.
