پیش‌بینی سازمان فضایی اروپا درباره آینده خورشید و زمین

یک مطالعه روی جدیدترین داده‌های منتشر شده از ماموریت "گایا" سن خورشید و زمانی را که تبدیل به یک غول سرخ و سپس یک کوتوله سفید خواهد شد، تخمین زده است.
به گزارش واحد خبر مرکز مطالعات و پژوهش های فلکی نجومی به نقل از isna و به نقل از ناسا، سومین انتشار اطلاعات مهم از مأموریت تلسکوپ فضایی "گایا"(Gaia) متعلق به آژانس فضایی اروپا(ESA) در تاریخ ۱۳ ژوئن جزئیاتی را در مورد گذشته و آینده ستاره منظومه شمسی ما یعنی خورشید، با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌ شده در مورد ستارگانی با جرم و ترکیب مشابه با آن به ما نشان داد.
براساس این داده‌ها خورشید ما در حال حاضر ۴.۵۷ میلیارد سال سن دارد. این در اصطلاح ستاره‌ای بدان معنی است که خورشید نسبتاً میانسال است و در حالتی پایدار، هیدروژن را به هلیوم همجوشی می‌کند. اما این پایداری برای همیشه دوام نخواهد داشت، زیرا هیدروژنِ در حال همجوشی در نهایت از هسته خورشید شروع به تخلیه می‌کند و موجب ایجاد تغییرات عظیم و قابل توجه در فرآیند همجوشی خورشید می‌شود. این تغییرات شامل متورم شدن ستاره تا اندازه‌ای بسیار بزرگتر از الان است که متعاقباً دمای سطح ستاره را کاهش می‌دهد و رنگ آن به قرمز تغییر می‌کند. با این حال، فرآیند دقیقی که طی آن این تغییرات رخ می‌دهد، به ترکیب شیمیایی یک ستاره و جرم آن بستگی دارد.
خورشید زمانی که تقریباً ۸ میلیارد سال عمر کند، به حداکثر دمای خود می‌رسد و پس از رسیدن به حداکثر دمای خود، طی چند میلیارد سال شروع به سرد شدن و افزایش اندازه می‌کند و زمانی که حدود ۱۰ تا ۱۱ میلیارد سال سن داشته باشد، به یک ستاره غول سرخ تبدیل می‌شود. خورشید در مدت کوتاهی پس از تبدیل شدن به یک غول سرخ، شروع به از دست دادن جرم خواهد کرد تا اینکه در نهایت به یک کوتوله سفید کم‌نور تبدیل می‌شود.
گایا یک ماموریت نقشه‌برداری ستاره‌ای است و با هر بار انتشار اطلاعات، مقادیر عظیمی از داده‌ها را در مورد ویژگی‌های ذاتی میلیاردها ستاره موجود در کهکشان ما و مناطق مجاور جهان جمع‌آوری می‌کند. اکنون "گایا"در این نسخه از افشای اطلاعات که "DR۳" نام دارد، بسیاری از پارامترهای ستارگان مانند دما، اندازه، جرم و موارد دیگر را مشاهده و بررسی کرده است.
یکی از برترین توانایی‌های "گایا" به عنوان ماموریت نقشه‌برداری ستاره این است که بتواند اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده دقیقی از درخشندگی، روشنایی و دمای سطح ستارگان را جمع‌آوری کند. "گایا" و تیم‌های تحقیقاتی عمدتاً این کار را با جدا کردن نور از یک ستاره با استفاده از یک منشور به رنگین کمانی از رنگ‌ها به نام یک طیف انجام می‌دهند. هنگام مشاهده یک ستاره، خطوط طیفی که معمولاً به صورت خطوط سیاه یا کم‌نور ظاهر می‌شوند، در طیف ظاهر می‌شوند و جایی که این خطوط طیفی روی یک طیف قرار دارند، می‌تواند به دانشمندان بگویند چه عناصری در ستاره وجود دارد.
با این حال، خطوط طیفی، منحصر به فرد هستند و اندازه آنها متفاوت است. "آنی جامپ کانن" ستاره‌شناس آمریکایی برای طبقه‌بندی صحیح ستارگان و انواع ستاره‌ها بر اساس خطوط طیفی آنها در سال ۱۹۰۱ سامانه‌ای از طبقه‌بندی ستارگان ایجاد کرد که ستارگان و انواع آنها را بر اساس قدرت خطوط طیفی آنها مرتب می‌کند.
ترتیب این ستارگان متعاقباً رابطه‌ای را با دمای ستارگان نشان داد که باعث شد "آنتونیا موری" ستاره‌شناس آمریکایی یک طبقه‌بندی بر اساس عرض خطوط طیفی ایجاد کند. طبقه‌بندی "موری" نشان داد که عرض خطوط طیفی با درخشندگی و سن یک ستاره مرتبط است.
وقتی هر دو طبقه‌بندی کانن و موری در یک نمودار منفرد مرتبط می‌شوند، این امکان را فراهم می‌کنند که هر ستاره در جهان روی یک نمودار منفرد به نام نمودار "هرتزسپرونگ-راسل"(HR) رسم شود. نمودارهای HR درخشندگی ذاتی و دمای سطح موثر ستارگان را در برابر یکدیگر ترسیم می‌کنند و نشان می‌دهند که ستاره‌ها چگونه در طول چرخه زندگی خود که می‌تواند میلیاردها سال طول بکشد، تکامل می‌یابند.
نمودارهای HR در تحقیقات اخترفیزیک روی ستارگان بسیار مهم شده‌اند و اکنون توسط تیمی که در مورد گذشته و آینده خورشید تحقیق می‌کنند، استفاده شده است.
اینجاست که داده‌های "DR۳" که توسط "گایا" منتشر شده است، وارد می‌شوند. تیم محققان به رهبری "اورلاگ کریوی" از رصدخانه "دلا کوت دی‌آزور" در فرانسه با همکاران "واحد هماهنگی ۸ گایا" هنگامی که داده‌های DR۳ را بررسی می‌کردند، در جستجوی دقیق‌ترین، جامع‌ترین و جزئی‌ترین داده‌های رصدی بر روی ستارگان بودند که "گایا" جمع کرده بود. آنها به طور خاص در جستجوی ستارگانی بودند که دارای دمای سطحی بین ۳۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ کلوین بودند. ستارگان در این محدوده دمایی معمولاً پیرترین ستاره‌های کهکشان ما هستند که می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تاریخ کهکشان راه شیری ما را آشکار کنند.
علاوه بر این، ستارگان در این محدوده دمایی به دلیل شباهت‌هایشان با خورشید ما که دمای سطح آن ۶۰۰۰ کلوین است، نامزدهای فوق‌العاده‌ای برای کشف سیارات فراخورشیدی جدید هستند.
"کریوی" گفت: ما می‌خواستیم نمونه خالصی از ستارگان با اندازه‌گیری‌های دقیق داشته باشیم.
محققان پس از بررسی داده‌های DR۳ و انتخاب ستاره‌های مناسب برای تحقیقات خود، نمونه ستارگان خود را فیلتر کردند تا فقط ستارگانی را نشان دهد که دارای مقادیر جرمی و ترکیب شیمیایی مشابه با خورشید ما باشند. از آنجایی که جرم در طول عمر یک ستاره نسبتاً بدون تغییر باقی می‌ماند، ستاره‌های فیلتر شده می‌توانند سن‌های متفاوتی داشته باشند و وقتی در نمودار HR قرار می‌گیرند، ستاره‌ها یک خط را دنبال می‌کنند. این خط نشان دهنده تکامل و چرخه زندگی خورشید ما است که از تولد آن در ۴.۵۷ میلیارد سال پیش تا زمان مرگش که هنوز چندین میلیارد سال با آن فاصله دارد، ادامه دارد. علاوه بر این، نمودار HR نحوه تغییر دما و درخشندگی خورشید ما را در طول زمان نشان می‌دهد.
محققان به طور مشخص در این مطالعه ستارگانی مشابه خورشید ما پیدا کرده‌اند تا بفهمند ستاره منظومه ما چگونه تکامل خواهد یافت. این روند شبیه به روندی است که دانشمندان سیاره‌های فراخورشیدی مشابه با زمین را برای تعیین چگونگی تکامل زمین در آینده و چگونگی تکامل آن در گذشته بررسی می‌کنند.
"کریوی" می‌گوید: اگر ما خورشید خود را نشناسیم، در حالی که هنوز چیزهای زیادی وجود دارند که در مورد آن نمی‌دانیم، چگونه می‌توانیم انتظار داشته باشیم که تمام ستارگان دیگری که کهکشان شگفت انگیز ما را تشکیل می‌دهند، درک کنیم؟
محققان می‌گویند وقتی به داده‌های DR۳ نگاه کردیم، به طور خاص به دنبال ستارگانی بودیم که دارای دما، مقادیر گرانشی، ترکیبات شیمیایی، مقادیر جرمی و شعاع مشابه با خورشید امروزی ما هستند که در مجموع ۵۸۶۳ ستاره را یافتیم.
این فهرست که به اصطلاح «آنالوگ‌های خورشیدی» نام گرفته است، به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا هر ستاره مورد استفاده در این مطالعه را به طور کامل‌ بررسی کنند.
تحقیقات آینده بر روی این آنالوگ‌های خورشیدی می‌تواند بررسی کند که آیا این ستارگان دارای منظومه‌های سیاره‌ای هستند یا اینکه ستارگانی هستند که با سرعتی مشابه با خورشید ما می‌چرخند.
انتشار داده‌های DR۳ یک بار دیگر دقت فوق‌العاده و قابلیت‌های بی‌بدیل "گایا" را برجسته کرده که باعث شده است ویژگی‌های ستاره‌های کهکشان ما بهتر از گذشته درک شود.
ضمن این که این مطالعه تنها یکی از صدها مطالعه‌ای است که از داده‌های DR۳ حاصل خواهد شد و برخی از آنها در مورد موضوعات غیر ستاره‌ای مانند کهکشان‌ها تحقیق می‌کنند.
"گایا" یک تلسکوپ فضایی متعلق به آژانس فضایی اروپا است که در سال ۲۰۱۳ سوار بر موشک "سایوز ST-B" از پایگاه کورو واقع در گویان فرانسه در ماموریتی به فضا پرتاب شد که در حال حاضر قرار است تا سال ۲۰۲۵ ادامه یابد. هدف اصلی "گایا" انجام اخترسنجی فوق العاده دقیق و با جزئیات است که اندازه‌گیری موقعیت، فواصل و حرکت ستارگان در کهکشان ما را ممکن می‌کند. یکی از اهداف اساسی ماموریت "گایا" نیز ساخت بزرگترین و دقیق‌ترین مدل یا کاتالوگ سه‌بعدی از منطقه فضایی ما است که تاکنون ایجاد شده است.
هدف مأموریت این رصدخانه فضایی، ایجاد یک فهرست سه بعدی از حدود یک میلیارد اجرام سماوی، عمدتاً ستارگان با روشنایی بیش‌ از ۲۰ قدر است. اهداف "گایا" نزدیک به یک درصد از جمعیت ستارگان کهکشان راه شیری را دربردارد. علاوه بر ستارگان انتظار می‌رود "گایا" تا ده‌ها هزار سیاره فراخورشیدی هم‌اندازه مشتری، ۵۰۰ هزار اختروش و ده‌ها هزار سیارک جدید و دنباله‌دار در منظومه شمسی را شناسایی کند.