حدود چهار سال پیش تیمی از محققان ۳۰۰۰ ستاره مرده را مورد بررسی قرار دادند و متوجه شدند که ستارگان وقتی کوچک می‌شوند، جرم جمع می‌کنند.

به نقل از آی‌ای، اکنون یک مطالعه جدید از همین تیم ۲۶ هزار ستاره مرده را که به نام کوتوله‌های سفید نیز شناخته می‌شوند، زیر نظر گرفته است.

این مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه دمای ستارگان مرده بر شعاع و جرم آنها تأثیر می‌گذارد.

یافته‌های این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که کوتوله‌های سفید نامزدهای امیدوارکننده‌ای برای مطالعه ماده تاریک و شرایط گرانش شدید هستند.

نیکول کرامپلر(Nicole Crumpler) نویسنده این مطالعه و دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه جان هاپکینز می‌گوید: کوتوله‌های سفید یکی از بهترین ستاره‌هایی هستند که می‌توانیم با آنها کار کنیم تا این نظریه‌های زیربنایی فیزیک پیشگام را آزمایش کنیم، به این امید که شاید بتوانیم چیز عجیبی پیدا کنیم که به فیزیک بنیادی جدید اشاره کند.

تفاوت ستارگان مرده گرم و سرد

ستارگان، از جمله خورشید ما تا زمانی زنده می‌مانند که سوخت هیدروژن هسته آنها می‌سوزد. کوتوله‌های سفید اساساً هسته ستارگان مرده‌ای هستند که تمام هیدروژن خود را به پایان رسانده‌اند. با این حال، چیزی که آنها را جالب می‌کند، تراکم آنهاست.

این ستارگان به قدری متراکم هستند که وزن یک قاشق چای‌خوری از مواد آنها بیش از یک تن است که بسیار سنگین‌تر از ماده معمولی است.

نویسندگان این مطالعه خاطرنشان کردند که با این جرم که به شدت فشرده شده است، کشش گرانشی آنها می‌تواند صدها برابر قوی‌تر از زمین باشد.

محققان برای درک بیشتر رابطه بین دما و شعاع جرم کوتوله‌های سفید، جابه‌جایی‌های گرانشی به سمت طیف ‌سرخ ستارگان مرده سرد و گرم را مورد مطالعه قرار دادند.

انتقال گرانشی به طیف سرخ، پدیده‌ای است که زمانی رخ می‌دهد که نور از یک جرم سنگین با گرانش قوی (مانند گرانش یک کوتوله سفید) دور می‌شود. این باعث می‌شود که طول موج نور به سمت انتهای سرخ طیف نور تغییر کند. هرچه میدان گرانشی قوی‌تر باشد، انتقال به سرخ نیز بیشتر است.

سپس محققان حرکات کوتوله‌های سفید را نسبت به زمین مورد مطالعه قرار دادند و آنها را بر اساس گرانش و اندازه‌شان در گروه‌های مجزا قرار دادند. این کار به آنها اجازه داد تا بررسی کنند که چگونه دما بر اندازه ستارگان مرده مختلف تأثیر می‌گذارد.

محققان می‌گویند ما شواهدی قوی برای رابطه جرم-شعاع وابسته به دما پیدا کردیم. کوتوله‌های سفید گرم‌تر پیوسته دارای جابه‌جایی‌های سرخ گرانشی بیشتری نسبت به اجرام سرد در شعاع یا گرانش سطحی ثابت هستند. برای کوتوله‌های سفید گرم نیز دیافتیم که شعاع متوسط ​​آنها بزرگ‌تر و میانگین گرانش سطحی آنها کوچک‌تر از کوتوله‌های سفید سرد است.

محققان دریافتند که حتی زمانی که یک کوتوله سفید گرم و سرد جرم یکسانی داشته باشد، کوتوله اولی پُف‌کرده‌تر از دومی به نظر می‌رسد.

استفاده از کوتوله‌های سفید برای تشخیص ماده تاریک

تأثیر دما بر جرم و شعاع کوتوله‌های سفید را می‌توان برای توضیح اینکه چگونه این اجرام آسمانی بسیار متراکم حتی پس از مصرف تمام سوخت خود برای میلیاردها سال پایدار می‌مانند نیز استفاده کرد.

به عنوان مثال، یک بررسی قبلی در چهار سال پیش نشان داد که یک اثر کوانتومی به نام «فشار انحطاط الکترون»(Electron degeneracy pressure) از فروپاشی هسته جلوگیری می‌کند.

«فشار انحطاط الکترونی» در اخترفیزیک و فیزیک ماده متراکم، یک اثر مکانیکی کوانتومی است که برای درک پایداری ستاره‌های کوتوله سفید و جامدات فلزی حیاتی است. این مظهر پدیده عمومی‌تر «فشار انحطاط کوانتومی» است.

این مطالعه جدید می‌افزاید که تغییرات دما در لایه‌های گازی بیرونی کوتوله‌های سفید، اندازه ستاره را در برابر گرانش متعادل نگه می‌دارد و این تعادل تضمین می‌کند که کوتوله‌های سفید ساختار خود را حفظ کند.

علاوه بر این، از آنجایی که این یافته‌ها ساختار ستارگان مرده گرم و سرد را روشن می‌کند، دانشمندان می‌توانند از آنها به عنوان مدلی برای مطالعه حضور ماده تاریک استفاده کنند.

کرامپلر می‌گوید: اگر دو کوتوله سفید در یک نقطه تداخل ماده تاریک قرار داشته باشند، ماده تاریک ساختار این ستارگان را به همان شیوه تغییر خواهد داد.

در حالی که جستجو برای ماده تاریک ادامه دارد، هدف بعدی محققان مطالعه عمیق ترکیب شیمیایی کوتوله‌های سفید با جرم‌های مختلف است.

این مطالعه در مجله Astrophysical منتشر شده است.