نخستین ستاره سبز شناخته‌شده؛ رنگ‌های شگفت‌انگیز کوتوله‌های سفید

ستاره‌ای سبز در میان بقایای ستاره‌ای برای قرن‌ها، رنگ ستاره‌ها یکی از راه‌های مهم برای شناخت دمای آنها بوده است. ستاره‌های سردتر معمولاً سرخ یا نارنجی دیده می‌شوند، ستاره‌هایی مانند خورشید رنگی سفید دارند و ستاره‌های بسیار داغ‌تر به سوی آبی و سفید متمایل‌اند. این رابطه را می‌توان با آهن گداخته مقایسه کرد: آهن در دمای پایین‌تر سرخ، با گرم‌تر شدن نارنجی و در دمای بسیار زیاد تقریباً سفید می‌شود. بااین‌حال، پژوهشی جدید نشان می‌دهد که این قانون برای همه ستاره‌ها به‌سادگی صدق نمی‌کند. گروهی از اخترشناسان دانشگاه وارویک بررسی کرده‌اند که کوتوله‌های سفید (white dwarfs)، یعنی بقایای فشرده ستاره‌هایی مانند خورشید، می‌توانند رنگ‌هایی مانند سبز، صورتی، بنفش، زرد و فیروزه‌ای داشته باشند. این نتیجه نشان می‌دهد رنگ یک کوتوله سفید نه‌تنها به دمای آن، بلکه به ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های فیزیکی جو آن نیز وابسته است. ### کوتوله سفید چگونه شکل می‌گیرد؟ ستاره‌ای با جرمی نزدیک به خورشید، در بیشتر عمر خود از همجوشی هسته‌ای (nuclear fusion) در مرکز خود انرژی می‌گیرد. در این فرایند، هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شود و فشار حاصل از انرژی، تا اندازه‌ای با گرانش مقابله می‌کند. هنگامی که سوخت هیدروژنی ستاره تمام می‌شود، ستاره در مراحل پایانی خود لایه‌های بیرونی‌اش را از دست می‌دهد و هسته داغ و فشرده آن باقی می‌ماند. این هسته، کوتوله سفید است. کوتوله‌های سفید معمولاً جرمی نزدیک به خورشید دارند، اما اندازه‌شان تقریباً با زمین قابل مقایسه است. بنابراین ماده در آنها فوق‌العاده فشرده است؛ یک قاشق چای‌خوری از ماده کوتوله سفید، در مقیاس نظری، می‌تواند جرمی بسیار بزرگ‌تر از یک قاشق معمولی ماده داشته باشد. این فشردگی به‌دلیل فشار تباهیدگی الکترونی (electron degeneracy pressure) ممکن می‌شود؛ فشاری کوانتومی که از فروپاشی کامل ماده جلوگیری می‌کند. ### چرا رنگ کوتوله‌های سفید متفاوت می‌شود؟ در بسیاری از ستاره‌ها، رنگ تابش تقریباً با دما تعیین می‌شود. چنین جسمی را در تقریب ساده، جسم سیاه (blackbody) می‌نامیم؛ جسمی که بیشترین تابش خود را در طول موج‌هایی متناسب با دمایش منتشر می‌کند. اما جو کوتوله‌های سفید بسیار متراکم است و اتم‌ها و مولکول‌های موجود در آن می‌توانند بخش‌هایی از نور را جذب کنند. عناصری مانند کربن، کلسیم و سدیم در چنین محیطی بر چگونگی عبور نور اثر می‌گذارند. اگر یک ماده شیمیایی طول موج‌های خاصی را جذب کند، رنگ باقی‌مانده نور تغییر می‌کند؛ درست مانند زمانی که یک فیلتر شیشه‌ای بخشی از رنگ‌های نور سفید را حذف می‌کند. از آنجا که جو کوتوله سفید بسیار فشرده است، برهم‌کنش میان اتم‌ها، مولکول‌ها و پلاسمای هلیومی می‌تواند ناحیه گسترده‌تری از طیف الکترومغناطیسی (electromagnetic spectrum) را تحت تأثیر قرار دهد. در نتیجه، دو کوتوله سفید با دمای تقریباً مشابه، اما ترکیب شیمیایی متفاوت، ممکن است رنگ‌های ظاهری کاملاً متفاوتی داشته باشند. کوتوله‌های سفید غنی از کربن می‌توانند به رنگ صورتی یا بنفش دیده شوند. کوتوله‌هایی که جو آنها با بقایای سیارک‌ها، دنباله‌دارها و سیارات سنگی آلوده شده است، ممکن است ته‌رنگ زرد پیدا کنند. همچنین در کوتوله‌های سردتر، برخورد مولکول‌های هیدروژن با اتم‌های هلیوم می‌تواند رنگی فیروزه‌ای یا آبی کم‌رنگ ایجاد کند. ### منشأ رنگ سبز چیست؟ یکی از جالب‌ترین نمونه‌ها کوتوله سفید WD J1330+6435 است که حدود ۳۲۶ سال نوری از زمین فاصله دارد. این کوتوله سفید سرد، در حال جذب مواد سنگی از یک جرم سیاره‌ای یا سامانه‌ای سیاره‌ای پیرامون خود است. این فرایند را برافزایش (accretion) می‌نامند؛ یعنی ماده به‌تدریج بر اثر گرانش به سوی جرم مرکزی کشیده و به آن افزوده می‌شود. بررسی جو این کوتوله نشان می‌دهد که عناصری مانند کلسیم، لیتیوم و سدیم در آن وجود دارند. مدل‌های مربوط به انتقال نور در جو این جرم نشان می‌دهند که سدیم می‌تواند بخش نارنجی طیف را جذب کند. هنگامی که نور نارنجی کاهش یابد، ترکیب باقی‌مانده نور برای ناظر زمینی می‌تواند به رنگ سبز متمایل شود. بنابراین سبز بودن این جرم به معنای تابش یک رنگ خالص مانند رنگدانه‌ها نیست، بلکه حاصل شکل ویژه طیف نوری آن و حساسیت چشم انسان به ترکیب رنگ‌های باقی‌مانده است. از این نظر، WD J1330+6435 نخستین ستاره‌ای است که به‌طور معتبر به‌عنوان یک ستاره سبز شناخته شده است. البته این جرم در آسمان، مانند یک چراغ سبز درخشان دیده نمی‌شود؛ فاصله زیاد و کم‌نور بودن کوتوله‌های سفید سبب می‌شود تشخیص رنگ واقعی آنها دشوار باشد. رنگی که پژوهشگران گزارش می‌کنند، بر پایه اندازه‌گیری‌های طیفی و مدل‌سازی دقیق نور است. ### سرخ‌ترین کوتوله سفید این پژوهش نمونه دیگری را نیز معرفی می‌کند: کوتوله سفید WD J1011+2845 در فاصله حدود ۴۸ سال نوری از زمین. در این جرم، ناحیه همرفت (convection zone) عمیقی وجود دارد که کربن را از لایه‌های درونی به سطح می‌رساند. مولکول‌های کربن با تغییر مسیر و شدت برخی طول موج‌ها، نور این کوتوله را به رنگ صورتی سالمونی بسیار عمیق درمی‌آورند؛ رنگی که با ظاهر معمول ستاره‌ها تفاوت زیادی دارد. با وجود این تنوع، بیشتر کوتوله‌های سفید همچنان سفید یا متمایل به آبی دیده می‌شوند. بررسی نمونه‌های نزدیک به زمین نشان می‌دهد تنها حدود پنج مورد از ۱۵۱ کوتوله سفید در فاصله تقریبی ۶۵ سال نوری، رنگ‌هایی غیرعادی دارند. برون‌یابی این نتیجه به جمعیت بزرگ‌تر کوتوله‌های سفید نشان می‌دهد شاید تقریباً یک مورد از هر ۳۰ کوتوله سفید، رنگی غیرمعمول داشته باشد. ### اهمیت این کشف برای اخترشناسی رنگ‌های غیرعادی فقط یک ویژگی دیداری جالب نیستند؛ آنها سرنخ‌هایی درباره تاریخچه کوتوله سفید ارائه می‌کنند. وجود کلسیم، لیتیوم، سدیم یا دیگر عناصر سنگین در جو یک کوتوله سفید می‌تواند نشان دهد که این جرم، بقایای سیارک‌ها یا سیارات سنگی را جذب کرده است. به این ترتیب، اخترشناسان می‌توانند با مطالعه جو کوتوله‌های سفید، درباره ترکیب شیمیایی سامانه‌های سیاره‌ای مرده نیز اطلاعات به دست آورند. این یافته همچنین آینده احتمالی خورشید را به شکلی علمی روشن می‌کند. خورشید حدود پنج میلیارد سال دیگر سوخت هیدروژنی خود را از دست خواهد داد و پس از گذر از مرحله غول سرخ، به کوتوله‌ای سفید تبدیل خواهد شد. اگر در آن زمان بقایای سیارات یا سیارک‌ها به سوی خورشیدِ فشرده‌شده سقوط کنند، ترکیب جو آن می‌تواند تغییر کند و رنگی متفاوت از سفید معمول داشته باشد. در نتیجه، جهان ستاره‌ای از آنچه در نگاه نخست تصور می‌کنیم رنگارنگ‌تر است. رنگ یک ستاره نه‌فقط دماسنجی برای سنجش گرما، بلکه پنجره‌ای به سوی ترکیب شیمیایی، ساختار جوی و گذشته سیاره‌ای آن است.