به گزارش مجله نجم
“تمام چیزهای خوب باید به سرانجام برسند.” این ضرب المثل در مورد جهان و زمین نیز صدق می کند.
ما متوجه هستیم که ستاره ها، مانند هر چیز دیگری، باید بمیرند. وقتی سوخت آنها برای همجوشی هسته‌ای در هسته‌شان تمام می‌شود، ستارگان با اندازه‌های مختلف تحت تأثیر گرانش خود فرو می‌روند و بقایای کیهانی متراکم مانند کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاه‌چاله را تشکیل می‌دهند. ستاره ما، خورشید، حدود 5 میلیارد سال دیگر با این سرنوشت روبرو خواهد شد، زمانی که در ابتدا به شکل یک غول سرخ متورم می شود و سیارات درونی از جمله زمین را محو می کند. پس از حدود یک میلیارد سال، این مرحله نیز به پایان می رسد و هسته خورشید را به صورت یک خاکستر کوتوله سفید که توسط ابری از خاکستر کیهانی به شکل ماده ستاره ای خنک کننده احاطه شده است، باقی می ماند.
دانشمندان نمودار Hertzsprung-Russell را ایجاد کرده اند که نموداری از زندگی، زندگی پس از مرگ و مرگ یک ستاره است. این نمودار ستارگان همه جرم ها را در طول تکاملشان از ستاره های دنباله اصلی هیدروژن سوز تا بقایای متراکم کیهانی ردیابی می کند.
اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که برخی از ستارگان در قلب کهکشان ما ممکن است بهترین مدل‌های زندگی و مرگ ستاره‌ها را نادیده بگیرند. شاید این ستارگان از ماده تاریک، اسرارآمیزترین ماده در جهان، تغذیه می‌کنند تا به خود جاودانگی کیهانی بدهند، که ایجاد «نمودار تاریک هرتسسپرونگ-راسل» را ضروری می‌سازد.
مربوط: در سراسر جهان، نابودی ماده تاریک ممکن است ستاره‌های مرده را گرم کند
ایزابل جون، رهبر تیم تحقیقاتی از موسسه فیزیک ذرات و کیهان‌شناسی کاولی، به Space.com گفت: «مرکز کهکشان راه شیری یک محیط بسیار شدید است و بسیار متفاوت از مکان ما در کهکشان راه شیری است از کهکشان، که “ستاره های خوشه ای” S نامیده می شوند، بسیار گیج کننده است.
این یک سری ویژگی‌ها را نشان می‌دهد که در هیچ جای دیگری یافت نمی‌شوند: مشخص نیست که چگونه به مرکز نزدیک شده است، زیرا تصور می‌شود که محیط آنجا تا حدودی با شکل‌گیری ستاره‌ها خصمانه است.
جون اضافه کرد که ستارگان خوشه S، که در فاصله حدود سه سال نوری از قلب کهکشان ما قرار دارند، بسیار جوانتر از آن چیزی هستند که اگر ستاره ها از جاهای دیگر کهکشان راه شیری به این منطقه مهاجرت می کردند، انتظار می رفت. او ادامه داد: “چیزی که حتی مرموزتر است این است که نه تنها ستاره ها به طور غیرعادی جوان به نظر می رسند، بلکه تعداد ستاره های پیرتر از حد انتظار کمتر است. علاوه بر این، به نظر می رسد تعداد غیرمنتظره ای از ستاره های سنگین وجود دارد.”
جان و همکارانش فرض می‌کنند که یکی از دلایل این ویژگی‌های غیرمعمول ممکن است این باشد که این ستارگان مقادیر زیادی ماده تاریک را انباشته می‌کنند که سپس در درون آنها از بین می‌رود. این فرآیند ممکن است شکل کاملاً جدید و غیرمنتظره ای از سوخت را برای آنها فراهم کند.
جان افزود: «شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که ستارگان می‌توانند تنها با استفاده از ماده تاریک به عنوان سوخت زنده بمانند، و چون ماده تاریک زیادی در نزدیکی مرکز کهکشان وجود دارد، این ستاره‌ها جاودانه می‌شوند، زیرا شبیه‌سازی‌های ما «نتایج مشابهی دارند برای رصد ستارگان گروه S ظاهر می شود: ماده تاریک به عنوان سوخت، ستاره ها را برای همیشه جوان نگه می دارد.
جان ادامه داد: «ایده ستاره های جاودانه می تواند چندین ویژگی غیرعادی ستاره های خوشه S را به طور همزمان توضیح دهد اگر ستارگان مرکز کهکشان به دلیل چگالی بالای ماده تاریک جاودانه شده باشند، این می تواند توضیح دهد. فراوانی غیرعادی ستارگان جوان در “آنچه در مرکز کهکشان به نظر می رسد در عین حال کمبود ستاره های مسن تر را توضیح می دهد.”
ماده تاریک بدترین دشمن خودش است
ماده تاریک برای فیزیکدانان یک مشکل است زیرا حدود 85 درصد از جهان را تشکیل می دهد و برای ما نامرئی است زیرا با نور برهمکنش نمی کند. علاوه بر این، به نظر نمی رسد که ماده تاریک با «ماده معمولی» برهمکنش داشته باشد. این ماده روزمره از پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها تشکیل شده و شامل تمام ستارگان، سیارات، قمرها، سیارک ها، دنباله دارها، گاز، غبار و موجودات زنده در جهان می شود.
دانشمندان فقط می توانند وجود ماده تاریک را استنباط کنند زیرا با گرانش تعامل دارد و این برهمکنش می تواند بر ماده معمولی و قطعاً نور تأثیر بگذارد. با این حال، اگر فعل و انفعالات بین ماده تاریک و ماده منظم رخ دهد، نادر و ضعیف هستند. دانشمندان باور ندارند که ما قبلاً چنین تعاملی را کشف نکرده ایم.
کمتر مشخص است که آیا ماده تاریک با خودش در تعامل است یا خیر. برای اینکه بفهمید این به چه معناست، به یاد داشته باشید که ذرات ماده معمولی همگی یک نسخه ضد ماده از خود دارند. به عنوان مثال، یک پادذره با بار مثبت به نام پوزیترون برای یک الکترون با بار منفی وجود دارد. هنگامی که ماده و پادماده به هم می رسند، یکدیگر را از بین می برند و انرژی آزاد می شود.
جان می‌گوید: «نابودی ماده تاریک شبیه نابودی ماده و پاد ماده است: اگر ذره‌ای با پادذره خود برخورد کند، از بین می‌رود و ذرات دیگر تولید می‌شوند، برای مثال، فوتون‌ها به همین ترتیب، ذرات ماده تاریک می‌توانند از بین بروند گفت. . در بسیاری از مدل‌های ماده تاریک، ذرات ماده تاریک پادذره خودشان هستند، به این معنی که هر دو ذره ماده تاریک می‌توانند یکدیگر را از بین ببرند.
با این حال، ما نابودی ماده تاریک را نمی بینیم، بنابراین باید نسبتاً نادر باشد. جان می‌گوید این بدان معناست که به احتمال زیاد در محیطی اتفاق می‌افتد که می‌توان مقادیر زیادی ماده تاریک را در کنار هم قرار داد. شاید منطقه فوق متراکم در هسته یک ستاره جایی است که گرانش، که ماده تاریک با آن برهمکنش می کند، قوی ترین است.
آیا خورشید نیز می تواند جاودانه شود؟
ستاره های دنباله اصلی در طول زندگی خود هیدروژن را در فرآیندهای همجوشی هسته ای می سوزانند. این امر هلیوم را تولید می کند که بیشتر انرژی ستاره را تشکیل می دهد و “فشار تشعشعی” خارجی که فشار به داخل نیروهای گرانشی ستاره را متعادل می کند، تولید می کند. این مبارزه کیهانی بین فشار تشعشع و گرانش برای میلیون ها یا حتی میلیاردها سال ادامه دارد و تعادل این ستاره ها را حفظ می کند.
جان گفت: «در بیشتر عمر یک ستاره، این فرآیندها عمدتاً در هسته ستاره اتفاق می‌افتند، جایی که فشار گرانشی بالاترین میزان است.» آنها همچنین می توانند فشار خارجی ایجاد کنند.” “این باعث می شود ستاره به دلیل نابودی ماده تاریک به جای همجوشی هسته ای پایدار باشد، بنابراین ستاره ها می توانند از ماده تاریک به عنوان سوخت به جای هیدروژن استفاده کنند.”
ستاره‌ها هیدروژن مصرف می‌کنند که در نهایت باعث مرگ آنها می‌شود. از سوی دیگر، ماده تاریک می‌تواند به‌طور پیوسته انباشته شود و این ستاره‌ها را جاودانه کند.
بنابراین آیا خورشید با روی آوردن به این منبع سوخت جایگزین می تواند به خود جاودانگی بدهد؟ جان فکر نمی کند این امکان پذیر باشد. در وسط یکی از بازوهای مارپیچ کهکشان راه شیری قرار دارد و در مکان اشتباهی در کهکشان ما برای رسیدن به این چشمه تاریک جوانی قرار دارد.
ستارگان به مقادیر بسیار زیادی ماده تاریک نیاز دارند تا همجوشی را به طور موثر جابجا کنند جان توضیح داد: «بنابراین، خورشید ما جاودانه نیست.»
جان اضافه کرد که یافته‌های این تیم ممکن است به رازهای زیادی در مورد خود ماده تاریک و همچنین ستاره‌های جاودانه‌ای که می‌توانند به آن قدرت دهند اشاره کند.
او گفت: «یافته‌های ما به ما می‌گوید که ماده تاریک می‌تواند با ذرات معمولی پراکنده شود، که برای کاهش سرعت ذرات ماده تاریک درون ستاره برای گرفتن آنها لازم است – و ذرات ماده تاریک می‌توانند با یکدیگر نابود شوند. با مشاهده توزیع ستارگان جاودانه در اطراف مرکز کهکشانی، ما همچنین اطلاعاتی در مورد توزیع و چگالی ماده تاریک در اطراف مرکز کهکشان به دست خواهیم آورد.
جان توضیح داد که برای تأیید این نتایج، اخترشناسان به مشاهدات دقیق تری از ستارگان درونی کهکشان راه شیری نیاز دارند تا تعیین کنند که آیا این ستارگان در یک «توالی اصلی تاریک» قرار دارند، که ممکن است نشان دهنده جاودانگی آنها باشد.
آنها همچنین قصد دارند تأثیر نابودی ماده تاریک را بر روی ستارگان مختلف تعیین کنند. شبیه‌سازی‌های اولیه نشان می‌دهد که ستارگان سبک‌تر با روشن کردن این سوخت تاریک، “نفخ” می‌شوند و لایه‌های بیرونی خود را می‌ریزند. این می تواند ماهیت به اصطلاح “اجرای G” واقع در مرکز کهکشان را توضیح دهد، که اجرام ستاره ای هستند که به نظر می رسد توسط ابرهای گاز احاطه شده اند.
جونز گفت: “تاکنون، کار ما بر روی ستارگان دنباله اصلی متمرکز بوده است. ما همچنین می‌خواهیم بفهمیم که ماده تاریک چگونه بر ستاره‌ها در مراحل بعدی تکاملی، زمانی که از دنباله اصلی دور شده‌اند و تحت فرآیندهای همجوشی هسته‌ای مختلف قرار می‌گیرند، تاثیر می‌گذارد.” «نتایج ما هیجان‌انگیز است زیرا نشان می‌دهد که مشاهدات ستاره‌ای یک راه اضافی و منحصربه‌فرد برای مطالعه و درک برهم‌کنش‌های ماده تاریک با ماده معمولی ارائه می‌دهد.»
نسخه ای که قبلا بررسی شده بود از تحقیقات این تیم در مخزن کاغذ arXiv موجود است.
