اخترفیزیک دانان برای نخستین بار در طول تاریخ توانستند صدای چشمک زدن ستاره ها را شبیه سازی کنند.
در طول شب، زمانی که هوا صاف باشد و آلودگی نوری چشم را اذیت کند، شما میتوانید ستارگان چشمکزن را در آسمان مشاهده کنید. از آنجایی که ستارهها در مقایسه با انسان اجرامی بسیار غول پیکر محسوب میشوند، آیا چشمک زدن آنها صدا دارد؟ اکنون برای نخستین بار در جهان، اخترفیزیکدانان بالاخره به این موضوع پی بردهاند و توانستند صدای کوبنده و وحشتناک چشمک زدن یک ستاره را بازتولید کنند.
دانشمندان با شبیهسازی امواج متلاطم گاز که از درون یک ستاره به سمت سطح بیرونی آن حرکت میکنند، نوسانات ذاتی نور تولید شده توسط کورههای کیهانی را بازسازی کردند. سپس، با تبدیل این امواج به امواج صوتی، بهترین ایده را در مورد اینکه صدای چشمک زدن ستاره ها چگونه خواهد بود به ما ارائه کردند.
نتیجهی صدای شبیهسازی شده شبیه یک ناله طیفی و یک صدای بلند کابین هواپیما است که با ضربان قلب سریع همراه میشود. تحقیقات مربوط به شبیهسازی صدای چشمک زدن ستاره ها و مطالعه دینامیک گاز درونی که آن را ایجاد کرده است در 27 جولای در مجله Nature Astronomy منتشر شد.
راز چشمک زدن ستاره ها
ایوان آندرس، اخترفیزیکدان دانشگاه نورث وسترن در ایوانستون و از نویسندگان اصلی این مقاله میگوید:
ستاره کوچک و فوق سرد سیگنالهای رادیویی شگفتانگیزی را از خود منتشر میکند که نشان میدهد نباید قادر به تولید حرکات در هسته ستارهها امواجی مانند امواج اقیانوس باشد. هنگامی که امواج به سطح ستاره میرسند، سبب میشوند ستاره بهگونهای چشمک بزند که ستاره شناسان قادر به مشاهده آن باشند. این کار به تلسکوپهای فضایی آینده اجازه میدهد تا نواحی مرکزی را که در آن ستارهها عناصری را که ما برای زندگی و تنفس به آنها وابسته هستیم تولید میکنند، کاوش کنند.
اگر با دید علمی به مسئلهی چشمک زدن ستارگان نکاه کنیم، به این نتیجهی عجیب میرسیم که آنها اصلاً چشمک نمیزنند! در واقع این به دلیل اتمسفر زمین است که ما ستارگان را درحال چشمک زدن مشاهده میکنیم.
از آنجایی که این اجرام آسمانی فاصلهی زیادی از ما دارند، وقتی به آنها نگاه کنیم ستارهها را فقط به صورت نقطههای کوچک درخشان که در آسمان شب خودنمایی میکنند میبینیم. با بیان فیزیکی، نور ستارگان مسافت زیادی را طی میکند تا به چشم ما برسد.
قرنها پیش، اخترشناسان معتقد بودند ستارگان همانند الماس در فضا میچرخند و همین موضوع باعث میشود از دید ما اینگونه به نظر برسد که چشمک میزنند. اما اوایل قرن هجدهم میلادی، ایزاک نیوتن اعلام کرد که عامل اصلی این وضعیت که ستارگان چشمکزن بهنظر میرسند اتمسفر زمین است.
نزدیکترین ستاره به ما فاصلهای بیش از ۴ سال نوری دارد که در مسیر رسیدن نور آن به چشم انسان، این نور با اتمسفر زمین روبهرو میشود. هنگامی که این نور به اتمسفر زمین برسد، به لایههای لرزان هوا برخورد کرده و سبب میشود ما آنها را چشمکزنان ببینیم.
در این میان، وقتی به آسمان شب خیره شوید ستارگانی را میبینید که بیشاز سایر چشمک میزنند. این فرایند به متغیرهای زیادی بستگی دارد؛ از جمله موقعیت ستاره در میدان دید و آب و هوا.
همچنین شاید بعضی ستارهها را ببینید که اصلا چشمک نمیزنند. باید گفت در این صورت آنها ستاره نیستند! اجرامی که نوری از خود تولید نمیکنند در واقع سیاره هستند که نور را بازتاب میدهند. این سیارات فاصلهی تقریباً نزدیکی به زمین دارند، به همین دلیل اتمسفر نمیتواند باعث چشمک زدن آنها شود.
اخترفیزیکدانان میگویند ما به دو دلیل ستارههای چشمکزن را مشاهده میکنیم؛ اول اینکه نور دور آنها توسط اتمسفر زمین خمیده میشود. جریانهای هوای غیرقابل پیشبینی هنگامی که در جو زمین حرکت میکنند، دائماً مقدار نوری را که روی زمین به ما میرسد تغییر میدهند.
اما ستارگان درخششی ذاتی نیز دارند، چشمکهایی که از فرآیندهای همرفت بیرون میآیند و پلاسمای داغ و ذوبشده به بیرون از هستههای آتشین خود به سمت بیرون حرکت میکند.
اندرس گفت: «بسته به اتفاقات مختلفی که به صورت پویا در داخل ستاره اتفاق میافتند، ستارهها کمی روشنتر یا کمی تیرهتر میشوند. چشمک زدنی که این امواج ایجاد میکنند بسیار ظریف است و چشمان ما به اندازه کافی برای دیدن آنها حساس نیستند. اما تلسکوپهای قدرتمند آینده ممکن است قادر به تشخیص آن باشند.»
شبیهسازی صدای چشمک زدن ستاره ها چگونه صورت گرفت؟
برای شبیهسازی امواج درون ستارگان، محققان ابتدا مجبور شدند با یکسری مسائل مهم دست و پنجه نرم کنند. جداسازی امواج از انعکاس آنها اولین چالش تیم بود. محققان میگویند که ما ابتدا یک لایه میرایی در اطراف ستاره قرار دادیم، مانند دیوارهای بالشتکی که در یک استودیوی ضبط خواهید داشت. این کار برای این بود که بتوانیم دقیقاً نحوه ایجاد امواج هسته را اندازهگیری کنیم. این کار بهطور دقیق امواج داخل را توصیف کرد.
در قدم بعدی، دانشمندان فیلتر دیگری اضافه کردند که خواص صوتی ستارگان را شبیهسازی میکرد و آنها را قادر میساخت هم جریانهای همرفتی و هم طنینهایشان را بازآفرینی کنند.
به عنوان یک آزمایش تکمیلی، آنها روش خود را با استفاده از امواج صوتی از موسیقی واقعی (از جمله صدای سیارهی مشتری از مجموعه ارکستر گوستاو هولست) امتحان کردند تا مشاهده کنند چگونه آهنگها از دل ستارگان بیرون میآیند.
برای گوشهای غیرمسلح، تشخیص تفاوتها بین صدای امواج در هسته ستاره در مقایسه با سطح آن دشوار است. به این ترتیب، تیم تصمیم گرفت صداهای شناخته شده را از طریق شبیهسازی ستارهها عبور دهد تا تشخیص اینکه ستاره دقیقاً چه تغییراتی را در صوت اصلی ایجاد میکند راحتتر شود.
اندرس گفت: «وقتی آهنگی را میشنویم، میتوانیم طیف وسیعی از نتها را درون آن تشخیص دهیم، برخی با صدای بلند و برخی با صدای پایین. وقتی موسیقی را از میان یک ستاره رد میکنیم، میتوانیم بشنویم که چگونه ستاره بهطور جداگانه بر موسیقی با صدای بلند و پایین تاثیر میگذارد. اینگونه درک تفاوتهایی که یک ستاره نسبت به ستاره دیگر ایجاد میکند کمی آسانتر میشود.»
سریع ترین ستاره در کهکشان راه شیری ۷.۹ میلیون کیلومتر بر ساعت سرعت دارد!
با استفاده از امواج منتشر شده از یک ستاره، اخترفیزیکدانان مناظر صوتی متفاوتی تولید کردند. امواج منتشر شده از ستارهای به بزرگی 40 برابر اندازهی خورشید برای گوش انسان قابل شنیدن بود.
صدای چشمک زدن ستاره غولپیکری که اندازهای معادل 15 جرم خورشیدی و ستارگان کوچک با اندازهی سه جرم خورشیدی به ترتیب شبیه زمزمههای ضعیف و آژیرهای دوردست به صدا درآمدند.
این تغییرات قابل شنیدن با نحوه تغییر امواجی که از درون آن به سمت سطح ستاره میگذرد مطابقت دارد و به ما این امکان را میدهد تا پیش بینیهایی در مورد چگونگی چشمک زدن حاصل در سطح ستاره انجام دهیم.
دانشمندان گفتند مطالعه امواج درون ستارگان روزی میتواند درک بهتری از ساختار درونی ستارگان را برای ما فراهم کند و همچنین به اخترشناسان کمک کند تا اولین تشخیص تلسکوپی در نوع خود را از چشمک ستارگان انجام دهند.