زمانی که ستارگانی مانند خورشید ما به پایان عمر خود میرسند، معمولاً با یک انفجار ابرنواختری درخشان خاموش نمیشوند. در عوض، به آرامی محو شده و یک هسته فوقالعاده متراکم به اندازه زمین به نام کوتوله سفید از خود به جای میگذارند. برای مدتها، دانشمندان این بقایای ستارهای را قبرستانهای کیهانی میپنداشتند؛ نامزدهایی نامناسب برای میزبانی حیات، زیرا فرآیند خنک شدن قابل پیشبینی آنها تنها یک پنجره کوتاه و زودگذر را برای وجود آب مایع در یک سیاره در حال گردش فراهم میکرد. با این حال، یک پژوهش جدید و شگرف این باور دیرینه را به چالش میکشد و نشان میدهد که این ستارگان در حال مرگ ممکن است از پایدارترین پناهگاههای حیات در جهان باشند.
یک مطالعه اخیر به رهبری مانوئل بارینتوس از دانشگاه اوکلاهما از پدیدهای شگفتانگیز پرده برداشته است: بخش کوچک اما قابل توجهی از کوتولههای سفید، بین ۰.۶٪ تا ۲.۵٪ در همسایگی کیهانی ما، میتوانند تأخیرهای عظیمی در فرآیند خنک شدن خود تجربه کنند. این توقف میتواند مدت زمان مناطق قابل سکونت آنها را برای میلیاردها سال اضافی افزایش دهد. کلید این طول عمر ستارهای، عنصری به نام نئون-۲۲ است.
همانطور که این کوتولههای سفید خنک میشوند، هستههای کربن-اکسیژن آنها شروع به تبلور میکنند. اگر یک کوتوله سفید حداقل ۲.۵٪ جرمی نئون-۲۲ داشته باشد، اتفاقی خارقالعاده رخ میدهد. فرآیندی به نام «تقطیر» آغاز میشود. بلورهای جامدی که تشکیل میشوند، در مقایسه با مایع اطراف، از نئون-۲۲ تهی هستند. این امر باعث سبکتر شدن بلورها شده و سبب میشود به سمت بالا شناور شوند و در آنجا دوباره ذوب شوند. پژوهشگران این چرخه مداوم را به یک «لامپ گدازهای» نجومی تشبیه کردهاند که مقادیر عظیمی از انرژی گرانشی را آزاد میکند. این انرژی به طور مؤثری فرآیند خنک شدن کوتوله سفید را تا ۱۰ میلیارد سال متوقف میکند.
حضور نئون-۲۲ تصادفی نیست. این عنصر در طول حیات فعال یک ستاره شکل میگیرد. در مرحله سوزاندن هلیوم، نیتروژن-۱۴، که محصول یک چرخه همجوشی قبلی است، به نئون-۲۲ تبدیل میشود. این بدان معناست که ستارگانی که با غلظت اولیه بالاتری از عناصر سنگین مانند کربن، نیتروژن و اکسیژن – که اخترشناسان به آن «فلزینگی» میگویند – متولد میشوند، کوتولههای سفید غنی از نئون-۲۲ تولید خواهند کرد.
برای تأیید نظریه خود، این تیم دادههای حدود ۴۰۰۰ ستاره از کاتالوگ هایپِیشا را تحلیل کرده و از کد تکامل ستارهای MESA برای مدلسازی مقدار نئون-۲۲ که هر کدام تولید میکنند، استفاده کردند. نتایج به طور کامل با مشاهدات ماهواره گایا آژانس فضایی اروپا همخوانی دارد. گایا یک تجمع مرموز از کوتولههای سفید را در بخشی از نمودارهای درخشندگی ستارهای که به «شاخه Q» معروف است، شناسایی کرد. این «ترافیک کیهانی» شامل کوتولههای سفید پرجرمی است که به نظر میرسد خنک شدنشان متوقف شده است، دقیقاً همانطور که مدل پیشبینی میکند. شواهد بیشتر از حرکت آنها به دست میآید؛ این ستارگان شاخه Q سریعتر از آنچه درخشندگیشان نشان میدهد حرکت میکنند، که حاکی از آن است که در واقع بسیار پیرتر هستند، نشانهای واضح از تأخیر در خنک شدن.
شاید هیجانانگیزترین بخش، کشف یک الگوی کهکشانی باشد. این پژوهش نشان میدهد که این کوتولههای سفید «تقطیر شده» در نزدیکی مرکز متراکم و غنی از فلز راه شیری بیشترین فراوانی را دارند و با حرکت به سمت دیسک خارجی، به تدریج کمیابتر میشوند. این موضوع به طور مستقیم شیمی یک ستاره را به پتانسیل آن برای میزبانی حیات برای دورههای طولانی مرتبط میسازد. پیامد این کشف برای اخترزیستشناسی عمیق است. این کوتولههای سفید نه تنها میتوانند مناطق قابل سکونت را برای بازههای زمانی بسیار طولانی حفظ کنند، بلکه این مناطق در فاصله دورتری از ستاره قرار دارند. این امر نیروهای کشندی مخربی را که میتوانند جو یک سیاره را از بین ببرند یا آن را به گونهای قفل کنند که مانع از یک آب و هوای پایدار شود، کاهش میدهد.
این پژوهش همچنین یک معمای قدیمی نجومی را حل میکند: چرا برخی از پیمایشها تعداد مشکوکاً بالایی از کوتولههای سفید پرجرم را شناسایی میکنند. تیم پیشنهاد میکند که این یک سوگیری رصدی است. از آنجا که این کوتولههای سفید تقطیر شده برای مدت بسیار طولانیتری درخشان باقی میمانند، احتمال بیشتری وجود دارد که در پیمایشها دیده شوند، که منجر به نمایش بیش از حد فراوانی آنها میشود.
در نهایت، این مطالعه درک ما را از مکانهایی که حیات میتواند شکوفا شود، دگرگون میکند. کوتولههای سفید، که زمانی بقایای نجومی بیاهمیت تلقی میشدند، ممکن است در واقع برخی از پایدارترین و ماندگارترین محیطها در کیهان باشند. با وجود میلیاردها کوتوله سفید تنها در کهکشان ما، تعداد قابل توجهی از آنها میتوانند میزبان این مناطق قابل سکونت گسترده باشند. شاید جهان فرصتهای بسیار بیشتری برای حیات از آنچه تصور میکردیم ارائه میدهد، که در میان رایجترین فسیلهای ستارهای کهکشان، در دیدرس ما پنهان شدهاند.
منبع: کسری از کوتولههای سفید تقطیر شده با مناطق قابل سکونت با عمر طولانی