خورشید در فاصله‌های میلیاردی خود سال آینده به پایان عمر می‌رسد و هلیوم در هسته‌اش را می‌سوزند. بدین‌ترتیب به شکل چشمگیری متورم و به غول سرخ تبدیل می‌شود. غول سرخ پس از بلعیدن عطارد و زهره و قرار گرفتن در فاصله نزدیکی از زمین، به‌قدری رشد می‌کند که دیگر نمی‌تواند لایه‌های گاز خارجی و غبار خود را حفظ کند.

خورشید در پایان نمایش عظیم خود، لایه‌های گاز و غبار را به داخل فضا منتشر می‌کند و پوششی از نور را ایجاد می‌کند که نشانه‌ای نئونی به مدت هزاران سال می‌درخشد و سپس ناپدید می‌شود. کهکشان پر از هزاران یادبود جواهرنشان مشابه است که با عنوان سهابی سیاره‌های شناخته می‌شوند. این سحابی‌ها مراحل پایانی ستاره‌هایی هستند که آن‌ها از نصف جرم خورشید تا برابر با آن جرم هستند (ستاره‌های سنگین‌تر دارای پایان پرتلاطم‌تری به نام سوپرنوا یا ابرنواختر هستند). سحابی سیاره‌ای به انواع شکل‌ها در می‌آید. از این سحابی‌ها می‌توانم به سحابی خرچنگ جنوبی، چشم گربه و پروانه اشاره کرد؛ اما این سحابی‌ها با وجود زیبایی مانند معمایی برای ستاره‌شناسان به نظر می‌رسند. چگونه پروانه های کیهانی از پیله های به ظاهر ساده غول سرخ به وجود می آید؟

رصدها و مدل‌های کامپیوتری کنونی به توضیحی اشاره می‌کنند که در ۳۰ سال گذشته به نظر عجیب می‌رسید. پارکینگ این سرخ بزرگ، غول‌های ستاره‌ای همراه‌تری هستند که در پوشش گرانشی آن‌ها مخفی‌شده‌اند. این ستاره‌ی دوم باعث می‌شود غول سرخ به سحابی سیاره‌ای تبدیل شود.

سحابی پروانه

سحابی که در فاصله ۴۰۰۰ سال نوری از زمین در فلکی عقرب قرار دارد، نمونه بارزی از سحابی سیاره‌ای و مرحله پایانی پروژه‌های ستاره‌های بزرگ کوچک تا متوسط ​​است. بالهای روشن و شفاف، پروانه حاوی گاز و غباری است که از ستاره‌ای در مرگ دفع شده و به واسطه‌ی هسته‌ای باقیمانده‌ای ستاره می‌درخشند. شکل دو لبه‌ای و متقارن سحابی به‌وضوح نشان می‌دهد که یک ستاره همراه به خروج جریان گازها کمک می‌کند. ستاره اصلی و همراه، هر دو در پوششی از غبار در مرکز سحابی مخفی شده‌اند.

نظریه‌ی غالب شکل‌گیری سحابی سیاره‌ای در گذشته تنها شامل یک ستاره یعنی همان غول سرخ بود. غول سرخ به دلیل اثر گرانشی ضعیفی که روی لایه‌های خارجی خود دارد، در پایان عمر با سرعتی بسیار بالا جرمش را از دست می‌دهد که در یک درصد از جرم آن بین می‌رود. همچنین مانند ظرف آب جوش شروع به لغزیدن می‌کند و به این ترتیب لایه‌های بیرونی آن را به داخل و خارج از نوسان می‌کنند.

به باور ستاره‌شناس‌ها این نوسان‌ها به ضربه‌های می‌انجامند که با انتشار گاز و غبار به داخل فضا، چیزی به نام بادهای ستاره‌ای را می‌سازند. بااین‌حال انرژی زیادی برای دفع کامل این مواد و عدم بازگشت آن‌ها به ستاره لازم است. قطعاً باد، نسیمی ملایم نخواهد بود و احتمالاً قدرت به اندازه‌ای بخار یک موشک است.

پس از تبخیر لایه‌ی بیرونی ستاره، لایه‌های داخلی کوچکتر آن به کوتوله‌های سفید می‌شود. این ستاره که داغ‌تر و درخشان‌تر از غول سرخ است، درخشش و گرمای گاز فراری را افزایش می‌دهد تا جایی که گاز هم به خودی خود شروع کند به درخشش می‌کند و می‌شود یک سحابی سیاره‌ای را دید. کل این سیستم استانداردهای نجومی بسیار سریع اما از نظر آمار انسانی آهسته است و می‌تواند چندین هزار سال به طول بینجامد.

به نقل از بروس بالیکستاره‌شناس دانشگاه واشنگتن: «تا زمان پرتاب تلسکوپ فضایی هابل در سال ۱۹۹۰ مطمئن بودیم که در مسیری صحیح قرار داریم.» سپس او و همکارش آدام فرانک از دانشگاه روچستر نیویورک، در کنفرانسی در کشور اتریش، اولین تصاویر سحابی سیاره هابل را مشاهده کردند. بالیک می‌گوید: «برای گرفتن قهوه بیرون رفتیم، تصویری را دیدیم و می‌دانستیم که بازی تغییر کرده است.»

حلقه سحابی جنوبی

فضای تلسکوپی جیمز وب ناسا، جزئیات خارق‌العاده‌های را در حلقه سحابی جنوبی نمایش می‌دهد. این سحابی سیاره‌های در فاصله‌های ۲۵۰۰ سال نوری از زمین در فلکی بادبان قرار دارد. در سمت چپ، تصویر فروسرخ نزدیک پوسته‌های هم‌مرکز تماشایی گازی می‌شود که تاریخچه‌ای فوران‌های ستاره‌ای در حال مرگ را نشان می‌دهد. در سمت راست، تصویر فروسرخ میانی به‌راحتی ستاره‌ای در حال مرگ را در مرکز سحابی (قرمز) از ستاره‌ای همراه آن تفکیک می‌کند (آبی). کل گاز و غبار موجود در این صحابی از غول سرخ شده است.

ستاره‌شناس‌ها می‌کردند که غول‌های سرخ، کره‌هایی متقارن هستند و یک ستاره‌ی کروی می‌توانند سحابی مدور سیاره‌ای را ایجاد کنند. اما این یافته نه‌تنها با مشاهدات هابل تطبیق حتی به آن نزدیک نبود. به باور جوئل کستنرستاره‌شناس مؤسسه‌ی فناوری روچستر:

مشاهدات هابل، مشخص است که بسیاری از سحابی‌های سیاره‌ای دارای ساختارهای عجیب با تقارن موقعیتی هستند.

هابل، گوشه‌ها، بال‌ها و ساختارهایی دیگر را اما می‌کردند که مدور نبودند حول محور اصلی سحری از دارای تقارن بودند و این نظر به چرخ‌سفالگری شباهت بود.

مقاله سال ۲۰۰۲ بالیک و فرانک در مجله بررسی سالانه نجوم و اخترفیزیک، به زمان و منشأ ساختارهای یادشده اختصاصی دارد. برخی از دانشمندان بر این باورند که تقارن از چگونگی چرخش ستاره‌ای غول سرخ یا رفتارهای مغناطیسی آن سرچشمه می‌گیرند اما هر دو ایده در برخی آزمایش‌های بنیادی شکستند. چرخش و میدان مغناطیسی با بزرگ‌تر شدن ستاره ضعیف‌تر می‌شوند بااین‌حالت سرعت اتلاف جرم غول‌های سرخ می‌توانند در پایان عمر آن‌ها افزایش پیدا کنند.

به باور ارسولا دی مارکوستاره‌شناس دانشگاه مکوایر سیدنی، موسوم به «دوتایی» ‌اغلب سحابی‌های سیاره‌ای نه یک ستاره، بلکه از یک ستاره شکل می‌گیرند. در این سناریو، ستاره دوم بسیار کوچکتر و هزاران برابر با کم‌نور از غول سرخ است و ممکن است فاصله‌ای از آن تا ستاره‌ای به اندازه‌ی فاصله‌ای از مشتری تا خورشید باشد. بدین‌ترتیب می‌تواند بر غول سرخ تأثیر بگذارد و در عین حال به دلیل فاصله‌ای مناسب توسط آن بلعیده نشود. احتمال‌های دیگر مثل مدار بمباران شیرجه‌های هم وجود دارند که آن ستاره دوم را هر صد سال یک بار به غول سرخ نزدیک می‌کنند و چند لایه از آن را حذف می‌کنند.

سحابی ساعت شنی

در عکس‌های اولیه‌ی رصدخانه‌های زمینی، سحابی خرچنگ جنوبی مانند خرچنگی با چهار پای منحنی دیده می‌شود. اما تصاویر دقیق تلسکوپ فضایی هابل نشان می‌دهند که این پاها، دو حباب هستند که یک ساعت شنی را می‌دهند. در مرکز حباب‌ها، دو جریان گاز با گره‌هایی وجود دارد که ممکن است با گاز بین ستاره‌ها بدرخشند برخورد شود. به نظر می‌رسد خرچنگ جنوبی که در فاصله‌ی هزاران سال نوری از زمین در صورت فلکی قنطورس قرار دارد، دو رویداد انتشار گاز را پشت سر گذاشته است. یکی از رویدادها در حدود 5500 سال پیش، باعث ایجاد ساعت شنی خارجی و رویداد مشابهی در حدود 230 سال پیش، ساعت شنی کوچکتر را به وجود آورد.

فرضیه‌ی دوتایی برای اولین مرحله‌ی دگردیسی ستاره‌ای در حال مرگ بسیار خوب عمل می‌کند. وقتی ستاره‌ای همراه، غبار و گاز را از ستاره‌ی اصلی دور می‌کند، این گاز و غبار را به صورت خودکار به داخل ستاره‌ی همراه کشیده نمی‌شود، بلکه چرخان دیسکی از مواد موسوم به قرص برافزایشی در صفحه مدارک ستاره‌ای همراه می‌دهد. قرص برافزیشی مانند چرخ سفالگری است.

اگر قرص دارای میدان مغناطیسی باشد، گاز دیگری از صفحه خارج از قرص را به سمت محور چرخش هدایت می کند؛ اما بدون میدان مغناطیسی، مواد موجود در قرص مانع از خروج جریان گازها در صفحه مداری می‌شوند درنتیجه گاز، ساختاری به خود می‌گیرد که جریان سریع‌تری در قطب‌های آن وجود دارد. و این فرآیند چیزی است که هابل در تصاویر سحابی سیارهای رصد کرد. به گفته دی مارکو: «چرا به‌دنبال توضیح می‌دهیم که ستاره‌ای همراه همه‌چیز را به خوبی توصیح می‌دهد؟»

بااین‌حال، هنوز برخی از ستاره‌شناس‌ها با فرضیه‌ای ستاره همراه غیرقابل کشف مخالف‌های مخالف. لین دسینستاره‌شناس KU Leuven بلژیک در سال ۲۰۲۰ از قول اخترفیزیکدانی مشهور نوشت: «این رصدها بسیار شگفت‌انگیز هستند و به نظر می‌رسد عملکردهای جدیدترین مدل‌ها در تفسیرها دارند اما در نهایت باید بر آنچه واقعاً می‌بینیم، تکیه کنیم.»

در طول ۱۰ الی ۱۵ سال گذشته، همه‌چیز تغییر کرد. تلسکوپ‌های جدید و نوآورانه‌ها برخی از غول‌های سرخ‌های پیش را نشان می‌دهند که به سحابی سیاره‌ای تبدیل با ساختارهایی مارپیچی و قرص‌های برافزایشی احاطه می‌شوند. این یافته منطبق با وجود ستاره‌ای دوم بود که ماده غول سرخ را می‌بلعد کرد. احتمالاً در چند نمونه، ستاره‌شناس‌ها ستاره‌ای همراه راصد کرده‌اند. دسین و همکاران او همچنین از آرایه‌های عظیم میلیون‌متری و زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) در شیلی استفاده کردند که در سال ۲۰۱۱ فعال شد. مجموعه مجموعه‌ای از ۶۶ تلسکوپ رادیویی است که به‌صورت یکپارچه برای تولید تصاویر اجرام نجومی با یکدیگر کار می‌کنند. به نقل از دسین:

آلما نظارتی و فضایی بالا را در اختیار قرار می‌دهد که برای درک تغییرات و سرعت‌ها وجود دارد. سرعت، یکی از بخش‌های مهم معما است که برای نقشه‌برداری از بادهای ستاره‌ای و قرص‌های برافزایشی به کار می‌برند.

آلما ساختارهای قوسی و مارپیچی‌شکل در اطراف ده‌ها غول سرخ راصد کرده است. این ساختارها نشان‌دهنده‌ی بین رفتن مواد غول سرخ و حرکت مارپیچی آن‌ها به سمت ستاره‌ای همراه هستند. مارپیچ‌ها با شبیه‌سازی‌های کامپیوتری منطبق هستند و توصیف آن‌ها با مدل قدیمی باد ستاره‌ای غیرممکن است. دسین یافته های اولیه را در سال ۲۰۲۰ در مجله Science منتشر کرد و سال بعد در مجله بررسی سالانه نجوم و اخترفیزیک آن ها را توسعه داد.

سحابی جت دوقلو و سحابی چشم گربه

چپ: سحابی جت دوقلو، در فاصله‌ی ۲۴۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی مارگیر به شکل ساعت شنی درآمده و دو جریان گازی سریع دارد که به سمت قطب‌ها حرکت می‌کند. این گاز احتمالاً در حدود ۱۲۰۰ سال پیش از ستاره‌ای مرکزی منتشر شده است. راست: سحابی چشم گربه در فاصله ۳۳۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی آژده ها دارای ۱۱ حلقه هم‌مرکز غبار است که تخمین ستاره‌شناسان در بازه‌های ۱۵۰۰ ساله به وجود آمده است. نوعی فرآیند که در آن ساختار داخلی شکل پیچیده می‌شود هنوز در حد حدس و گمان است. به نقل از آدام فرانک از دانشگاه روچستر: چشم گربه بسیار عجیب است و نمی‌دانم چگونه آن را توصیف کنم.

علاوه بر این گروه دسین احتمالاً همراه‌های دو غول سرخ به نام‌های p1 Gruis و L2 Puppis را در تصاویر آلما رصد کرده‌اند که در گذشته امکان کشف آن‌ها وجود نداشت. دسین برای اطمینان از وجود ستاره‌های همراه و چرخش آن‌ها حول محور ستاره‌های اصلی باید در یک بازه زمانی خاص به بررسی غول‌های سرخ می‌پرداخت. دسین می‌گوید: «اگر این اجرا می‌شود، مطمئن می‌شود که همراه‌هایی وجود دارند.»

ستاره‌شناس‌ها مانند بازرس‌های صحنه‌های جرمی، تصاویر «قبل» و «بعد» از ایجاد سحابی‌سیاره‌های را دارند. تنها چیزی که مدرک هم ندارد فیلم دوربین های مداربسته است. پس آیا امیدی هست که ستاره‌شناس‌ها یک غول سرخ را در حال تبدیل به سحابی سیاره‌های شکار کنند؟

مدل‌های کامپیوتری تنها راه‌حل نظارت بر فرآیندهایی هستند که از ابتدا تا چند قرن به طول می‌انجامند. به باور فرانک، این مدل‌ها به ستاره‌شناسان در یک سناریوی چشمگیر کمک کردند. برنامه این سناریو، ستاره‌ای همراه پس از دوره‌های طولانی چرخش در مدار ستاره‌ای اصلی و کاهش فاصله بر اثر نیروی جزر و مدی در آن فرو می‌رود. از طرفی ستاره‌ای همراه با نزدیک شدن به هسته‌ای غول سرخ، مقدار قابل توجهی از انرژی گرانشی خود را از دست می‌دهد. مدل‌های کامپیوتری نشان می‌دهند روند فوق، سرعت از بین رفتن لایه‌های ستاره خارجی را یک تا ۱۰ سال افزایش می‌دهد. درصورتی‌که این مدل صحیح باشد و ستاره‌شناس‌ها بدانند به کجا نگاه می‌کنند، می‌توانند ستاره و تولد سحابی سیاره‌ای را به‌صورت زنده رصد کنند.

مقاله مرتبط:

یکی از کاندیداهای تبدیل به سحابی سیاره‌ای، V Hydrae است. این غول سرخ بسیار فعال، توده‌های گلوله‌مانند پلاسما را هر 8.5 سال یک بار به سمت قطب‌هایش منتشر می‌کند و در طول 210 سال گذشته شش حلقه در صفحه‌ای استوایی خود تشکیل می‌دهد. راگوندرا ساهایستاره‌شناس آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا که در ماه آوریل حلقه‌های یادشده را کشف کرد، بر این باور است که این غول سرخ دارای دو ستاره همراه است. ستاره‌ای همراه‌تر در محدوده‌ای از پوشش غول سرخ می‌کند و فوران‌های پلاسمایی را تولید می‌کند که همراه دوردست در مدار بمباران شیرجه‌های می‌تواند فوران حلقه‌ها را کنترل کند. در این صورت، V Hydrae می‌تواند به‌زودی نزدیک‌تر خود را بابلعد کند.

اما درباره خورشید چه می توانم گفت؟ بررسی ستاره‌های دوتایی ارتباط کمی با سرنوشت ستاره‌ای ما دارد زیرا خورشید ستاره‌ای واحد و بدون همراه است. ستاره‌هایی که همراه دارند، شش تا ده‌ها سریع‌تر از ستاره‌های بدون همراه هستند، به جای اینکه غول سرخ به‌صورت خودکار پوسته‌ای خود را در فضا می‌کنند، ستاره‌ای همراه آن را جذب می‌کند.

درنتیجه‌های مربوط به ستاره‌های دارای همراه نمی‌تواند به سرنوشت ستاره‌های بدون همراه مثل خورشید را پیش‌بینی کند. دقیقاً نیمی از ستاره‌های هم‌اندازه با خورشید دارای همراه هستند. به نقل از دسین، ستاره‌ای همیشه بر شکل باد ستاره‌ای همراه می‌گذارد و در صورت همراهی به اندازه کافی نزدیک به سرعت اتلاف جرم آن هم اثر می‌گذارد. خورشید در نهایت آهسته‌تر از ستاره‌های دارای همراه لایه‌های خارجی خود را از دست می‌دهد و مدت طولانی‌تری را در فاز غول سرخ باقی می‌ماند.

اما هنوز ابهامات زیادی درباره سرنوشت خورشید وجود دارد. برای مثال، گرچه مشتری یک ستاره نیست، گزینه سنگین مناسبی برای جذب مواد خورشیدی و تقویت قرص برافزایش است. به باور دسین:

احتمالاً مارپیچ کوچکی توسط مشتری ایجاد خواهد شد. حتی در شبیه‌سازی‌ها می‌توان بر باد خورشید را مشاهده کرد. در این صورت خورشید هم در مسیر نمایشی عظیم قرار خواهد گرفت.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!