راز مخوف ستاره‌هایی که سیاره‌هایشان را می‌بلعند

خورشید رونق زیادی به حیات زمین بخشیده اما سیاره‌ی زمین برای همیشه سکونت‌پذیر نخواهد بود. در پنج میلیارد سال آینده، خورشید به‌قدری رشد می‌کند که سیاره‌های عطارد، زهره و احتمالاً زمین را به‌طور کامل خواهد بلعید. به نظر می‌رسد سرنوشت خوبی در انتظار خانه‌ی ما نیست؛ اما به عقیده‌ی دانشمندان فرایند «بلعیدن سیاره‌ها توسط ستاره‌ی میزبان» در چرخه‌ی حیات منظومه‌های ستاره‌ای رایج است. پژوهشگرها این ستاره‌ها را «ستاره‌های هم‌‌نوع‌خوار» می‌نامند (اگرچه آن‌ها سیاره می‌خورند نه ستاره‌های دیگر).

شاید این ستاره‌ها برخی رازهای جذاب علم نجوم مثل ترکیب‌های مداری عجیب و نورهای ستاره‌ای آلوده را آشکار کنند که سال‌ها است ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده‌اند؛ اما این پدیده جنبه‌های بنیادی‌تری دارد. بررسی بلعیده شدن سیاره‌ها می‌تواند به ما در درک سرنوشت بلندمدت زمین کمک کند و سرنخ‌هایی را برای جستجوی حیات فرازمینی فراهم کند. بدین‌ترتیب می‌توانیم به شیوه‌ای بهتر پایان دنیا را پیش‌بینی کنیم و به این سؤال پاسخ دهیم که آیا واقعاً در جهان تنها هستیم؟ به نقل از ریکاردو یارزا، دانشجوی نجوم دانشگاه کالیفرنیا، سانتا‌کروز که به پژوهش در زمینه‌ی بلعیده‌ شدن سیاره‌ها می‌پردازد:

هنوز نمی‌توان با اطمینان گفت که زمین در آینده بلعیده خواهد شد اما قطعاً زندگی روی آن غیرممکن خواهد بود. تصور تمدنی مثل ما که از این اتفاق آگاه باشد جذاب است و با فهمیدن این سرنوشت، باید روزی خانه را ترک کرد.

ستاره‌ها انواع مختلفی مثل کوتوله‌های آرام تا ابرغول‌های درخشان را پوشش می‌دهند. طول عمر و سرنوشت نهایی یک ستاره و بسیاری از سیاره‌های موجود در مدار آن با جرم آن گره خورده است: کوتوله‌های سرخ ممکن است تا تریلیون‌ها سال زنده بمانند درحالی‌که ستاره‌های سنگین‌تر تنها چند میلیون سال دوام بیاورند. ستاره‌های هم‌اندازه با خورشید زمانی می‌میرند که سوخت هیدروژنی آن‌ها به پایان برسد، بدین‌ترتیب لایه‌های خارجی ستاره به اندازه‌ی صدها برابر منبسط می‌شوند. بسیاری از ستاره‌ها در طول این فاز که «غول سرخ» نامیده می‌شود، سیاره‌های داخلی خود را می‌بلعند.

بررسی فرایند بلعیدن سیاره‌ها می‌تواند به ما در درک سرنوشت بلندمدت زمین کمک کند و سرنخ‌هایی را در جست‌وجوی حیات فرازمینی فراهم کند

غول‌های سرخ که نزدیک به یک قرن از کشف آن‌ها می‌گذرد، گاهی اوقات در داستان‌های علمی تخیلی مانند پرده‌ی تئاتری شوم در پس‌زمینه‌ی تمدن‌های آخرالزمانی قرار می‌گیرند. گرچه تصوراتی از پایان عمر ستاره‌ها وجود دارد، فرایند واقعی بلعیدن سیاره‌ها هنوز به‌صورت یک راز باقی مانده است.

برای مثال در اوایل سال ۱۹۶۷، ستاره‌شناس‌ها به سرنوشت نهایی مواد سیاره‌ای فکر کردند که توسط ستاره‌ها بلعیده می‌شود؛ اما فرضیه‌ها در حد حدس و گمان بود زیرا تا دهه‌ی ۱۹۹۰ موفق به کشف سیاره‌های فراخورشیدی نشدند. از دهه‌ی ۱۹۹۰ تاکنون، نزدیک به ۵۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی در مأموریت‌های رصدخانه‌ی فضایی کپلر ناسا کشف شدند و درک جدیدی از راه‌های بی‌شمار تکامل منظومه‌های ستاره‌ای و چگونگی مرگ آن‌ها را ارائه دادند. نسل بعدی رصدخانه‌های زمینی و فضایی به‌ویژه تلسکوپ فضایی جیمز وب، از این دنیاها با جزئیاتی بی‌سابقه عکس‌برداری خواهند کرد و شرایط حیات آن‌ها را آشکار خواهند کرد.

فراوانی سیاره‌های فراخورشیدی شناخته‌شده به‌ویژه سیاره‌هایی که در مدارهای نزدیک به ستاره‌ی خود قرار دارند گواه این مسئله است که زندگی بسیاری از دنیاها در شکم ستاره‌های میزبانشان به پایان می‌رسد؛ اما شکاف‌های زیادی در دانش ستاره‌شناس‌ها وجود دارد زیرا به‌سختی می‌توان ستاره‌ای را در حال بلعیدن سیاره‌ی خود شکار کرد. ساخت مدل‌های مربوط به رویداد بلعیدن هم تا اندازه‌ای به دلیل تفاوت‌های شدید بین اندازه‌ی ستاره‌ها و سیاره‌های آن‌ها دشوار است. به عقیده‌ی یارزا که پژوهش جدیدی درباره‌ی این موضوع را قبل از انجمن نجوم آمریکا منتشر کرد:

برای درک بلعیده‌شدن سیاره‌ها و تأثیر آن بر سرنوشت منظومه‌های سیاره‌ای باید به پرسش‌های متعددی پاسخ داد: برای مثال چه اتفاقی برای سیاره‌هایی که بلعیده می‌شوند رخ می‌دهد؟ آیا برخی از آن‌ها نجات پیدا می‌کنند؟ آیا تمام آن‌ها نابود می‌شوند؟ برای ستاره پس از بلعیدن سیاره چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

یارزا و همکاران او برای اجرای سناریوهای فوق، به مدلسازی بلعیده‌ شدن سیاره‌هایی بزرگ‌تر از سیاره‌ی مشتری پرداختند. پژوهش آن‌ها برای انتشار در مجله‌ی Astrophysical تأیید شده است. پژوهشگرها برای بررسی تفاوت ستاره‌ها و سیاره‌ها به توسعه‌ی روشی متمرکز بر بخش گازی خارجی ستاره پرداختند که در مرحله‌ی اول توسط ستاره بلعیده می‌شود.

براساس نتایج مدلسازی، ستاره‌هایی که دارای سیاره‌های سنگین هستند ممکن است با پیامدهای جدی برای بلعیدن سیاره‌ی خود روبه‌رو شوند. درحالی‌که دنیاهای هم‌اندازه با زمین بدون مشکل بلعیده می‌شوند.

هیدرودینامیک و قابلیت بقا در حین فرایند بلعیدن سیاره

سیاره‌ای مشابه مشتری را در نظر بگیرید که مغلوب ستاره‌اش می‌شود. در محل ملاقات دو بدنه، گازهای به شکل چرخان درمی‌آیند. با لغزیدن دنیای سنگین به جهنم، گشتاور سیاره به ستاره منتقل می‌شود. ناپایداری‌های ناشی از این مبادله تعادل ستاره را برهم می‌زند ازاین‌رو ستاره جو خود را در فضا دفع می‌کند و در نهایت به شکل کوتوله‌ای سفید دچار فروپاشی می‌شود.

این سناریو می‌تواند رصدهای گیج‌کننده‌ی سیاره‌ها در مدار نزدیک کوتوله‌های سفید را توجیه کند. مشخص نیست این دنیاها چگونه از مرگ ستاره‌ی خود جان سالم به در برده‌اند اما مدل‌های جدید شواهدی را ارائه می‌دهند: سیاره‌ی غول‌پیکر بلعیده‌شده پس از فوران لایه‌های بیرونی ستاره‌اش به مداری محکم‌تر و جدید کشیده می‌شود که در آن کاملاً نمی‌سوزد. اما سناریو در این شرایط عجیب‌تر می‌شود: برخی سیاره‌های غول‌آسا به فوران‌های نابودکننده‌ی ستاره‌ای می‌انجامند، با قربانی کردن خود در خشم ستاره، دنیاهای جدیدتری را به وجود می‌آورند. به عقیده‌ی یارزا:

ممکن است سیاره‌ی بلعیده‌شده، موادی را از خود منتشر کند و این مواد دیسکی را در اطراف ستاره تشکیل دهند که به شکل‌گیری سیاره‌ای جدید بینجامد. این سیاره از خاکسترها برمی‌خیزد و سیاره‌ای جدید متولد خواهد شد.

رصدهای عجیب دیگر تأییدی بر این ضرب‌المثل هستند: «شما چیزی هستید که می‌خورید». در چنین سناریویی ستاره‌ها غنی از عناصر سیاره‌ای مثل لیتیوم می‌شوند و بدین‌ترتیب ستاره‌شناس‌ها می‌توانند ستاره‌های هم‌نوع‌خوار را براساس آثار شیمیایی نور آن‌ها شناسایی کنند. به نقل از ملیندا سورز فورتادو، دانشجوی پست دکترای هابل ناسا در دانشگاه ویسکانسین مدیسون:

شکار ستاره‌ای در حال بلعیدن یک سیاره کار دشواری است زیرا طول عمر این رویداد کوتاه است؛ اما آثاری از این رویداد به مدت طولانی حتی میلیاردها سال باقی می‌مانند.

منظومه‌های دو ستاره‌ای که به منظومه‌ی دوتایی هم معروف هستند، محیط‌های ایده‌آلی برای جست‌وجوی شواهد بلعیدن‌ ناگهانی به شمار می‌روند. ستاره‌های دوقلو معمولاً از ابر یکسانی از گاز و غبار تشکیل می‌شوند به همین دلیل از نظر شیمیایی به یکدیگر شبیه هستند؛ اما براساس پژوهشی که در سال ۲۰۲۱ در مجله‌ی Nature Astronomy منتشر شد، ۲۵ الی ۳۰ درصد از ستاره‌های مشابه خورشید در سیستم‌های دوتایی آثاری بی‌شباهت را به‌جا می‌گذارند.

لورنزو اسپینا، اخترفیزیکدان رصدخانه‌ی نجومی پادوا در ایتالیا و یکی از مؤلفان پژوهش، بر این باور است این تفاوت‌های شیمیایی می‌توانند بقایای دنیاهای تجزیه‌شده را افشا کنند. گرچه مشخص نیست سیاره‌ها چگونه با این سرنوشت روبه‌رو می‌شوند، این رویداد یکی از معیارهای مهم در ارزیابی سکونت‌پذیری احتمالی منظومه‌های دیگر به شمار می‌رود. به باور دکتر اسپینا:

نمی‌خواهیم در جست‌وجوی منظومه‌های سیاره‌ای که احتمال سکونت‌پذیری دارند با چنین موقعیتی روبه‌رو شویم. بلکه می‌خواهیم ستاره‌هایی با منظومه‌های سیاره‌ای کسل‌کننده را پیدا کنیم. به بیان دیگر به‌دنبال منظومه‌هایی مثل منظومه‌ی شمسی خودمان هستیم که می‌دانیم در گذشته تغییرات زیادی را تجربه نکردند.

از سوی دیگر، تجزیه و ترکیب دنیاها در ستاره‌ها در حین بلعیده شدن می‌تواند پنجره‌ای برای درک مواد داخلی سیاره‌های فراخورشیدی باشد. دکتر اسپینا می‌گوید: «این فرایند بسیار جذاب است زیرا ترکیب شیمیایی یک سیاره برای رونق حیات اهمیت زیادی دارد.» در بررسی رویداد بلعیدن سیاره‌ها، این پرسش مطرح می‌شود که آیا تمدن‌های فرازمینی به داخل ستاره‌هایشان پرتاب می‌شوند یا به اعماق منظومه‌های ستاره‌ای و دنیاهای سکونت‌پذیرتر مهاجرت می‌کنند. در پنج میلیارد سال آینده، دنیاهای بیرونی و منجمد منظومه‌ی شمسی با بزرگ شدن خورشید رونق می‌گیرند. دکتر سورز فورتادو می‌گوید:

بلعیده شدن، سرنوشت عطارد و زهره در منظومه‌ی شمسی است. اگر سرعت گذر زمان را بالا ببرید و به اتفاقات و سرنوشت خورشید نگاه کنید. در چنین شرایطی سیاره‌ی مشتری، زحل و اورانوس در منطقه‌ی سکونت‌پذیر خوبی قرار می‌گیرند. دانشمندان با تلسکوپ‌های جدید می‌توانند به چشم‌اندازهای بهتری از فازهای بعدی ستاره‌ها برسند.