شبی آرام در زیر آسمان پر ستاره نشسته بودم، راستش را بخواهید هر از گاهی این کار را انجام می‌دهم و با خود خلوت می‌کنم، تماشای آسمانی با این وسعت به من احساس آرامش می‌دهد و باعث می‌شود که از خود سوال‌های بسیاری بپرسم و در این عالم بی‌نهایت غرق شوم. در آن شب عجیب وقتی که به آسمان خیره شده بودم از خودم پرسیدم این همه ستاره در آسمان است، اما بزرگ‌ترین ستاره‌ای که در این جهان است کجاست؟ آیا ما آن را می‌شناسیم؟ خودم می‌دانستم که پاسخ دادن به این سوال عملاً غیر ممکن است، زیرا این جهان به اندازه‌ای بزرگ است که حتی فکر آن هم در سر ما انسان‌ها نمی‌گنجد. بنابراین سوال را به شکل دیگری با خودم مطرح کردم: بزرگ‌ترین ستاره شناخته شده در جهان کدام است؟ سوال بسیار جالبی است نه؟ تا به حال با خود فکر کرده‌اید پادشاه ستاره‌های عالم کجاست؟ با ویاتک همراه شوید تا با یک‌دیگر به بررسی پاسخ این سوال بپردازیم.
شعاع و جرم خورشیدی
وقتی که می‌خواهیم در مورد اندازه ستاره‌ها بحث کنیم، باید حتماً ابتدا نگاهی به خورشید بیاندازیم و ابعاد آن را بشناسیم تا بتوانیم آن را با هر ستاره‌ای که مدنظر داریم مقایسه کنیم تا بزرگی آن ستاره را درک کنیم. خورشید عرضی برابر با ۱٫۴ میلیون کیلومتر دارد، این رقم بسیار بزرگی است و شاید درک آن کمی دشوار باشد. خورشید به اندازه‌ای بزرگ و سنگین است که ۹۹٫۹ درصد جرم کل سامانه خورشیدی را به خود اختصاص داده است یا به عبارت دیگر، ۹۹٫۹ درصد ماده تشکیل دهنده سامانه خورشیدی را شامل می‌شود. در واقع، بزرگی خورشید به اندازه‌ای است که می‌توان یک میلیون سیاره زمین را در آن جای داد!
با استفاده از همین داده‌ها، ستاره‌شناسان مفاهیم جدیدی به نام‌های “شعاع خورشیدی” و “جرم خورشیدی” را ابداع کرده‌اند و از این دو مفهوم برای مقایسه خورشید با دیگر ستاره‌ها (کوچک‌تر یا بزرگ‌تر) استفاده می‌کنند تا بزرگی و کوچکی آن‌ها را درک و محاسبه کنند. یک شعاع خورشیدی برابر است با ۶۹۰۰۰۰ کیلومتر و یک جرم خورشیدی برابر است با ۲ نانیلیون کیلوگرم یا ۲۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ کیلوگرم!
تصویری فرضی که تفاوت ستاره‌های کلاس‌های مختلف را از نظر اندازه نشان می‌دهد.
حقیقت دیگری که باید بدانید این است که خورشید ما در مقایسه با دیگر ستارگان، بسیار بسیار کوچک است! در علم ستاره‌شناسی، برای تشخیص دقیق‌تر و بهتر ستاره‌ها و قرار دادن آن‌ها در گروه‌هایی مجزا، از رده‌بندی استفاده می‌کنند. دانشمندان با استفاده از طیف‌سنجی ستاره‌ای، نور و دمای سطحی ستاره‌ها را تخمین می‌زنند و بر همین اساس آن‌ها را رده‌بندی می‌کنند. ستاره‌ها، انواع طیفی دارند که به ترتیب در کلاس O، کلاس B، کلاس A، کلاس F، کلاس G، کلاس K و کلاس M رده‌بندی می‌شوند البته کلاس‌های دیگر نیز وجود دارند که مربوط به ستاره‌های کربنی، متانی و… هستند. برای ما، کلاس G از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا خورشید در این کلاس قرار گرفته و با نام علمی G2V رده‌بندی شده است. در واقع خورشید ستاره‌ای بر روی “رشته اصلی” است. اگر به یاد داشته باشید در مطالب قبلی در مورد نموداری مشهور با نام نمودار “هرتس‌اشپرونگ راسل” صحبت کردیم، در این نمودار یک منحنی قرار دارد که به آن “رشته اصلی” می‌گویند و بیشتر ستارگان شناخته شده را شامل می‌شود. با توجه به رده‌بندی ستارگان، خورشید یک کوتوله زرد نامیده می‌شود و همان‌طوری که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، خورشید (کلاس G) در مقایسه با سایر ستارگان موجود بسیار کوچک است اما کوچک‌ترین نیست، زیرا ستاره‌های موجود در کلاس M که با نام کوتوله‌های سرخ نیز شناخته می‌شوند (مانند ستاره پروکسیما قنطورس) از خورشید کوچک‌تر هستند و در مقایسه با غول‌های آبی کلاس B و کلاس O عددی نیستند!
رده‌بندی ستارگان
در پاراگراف بالا در مورد رده‌بندی ستارگان توضیح مختصری را ارائه کردیم اما حالا بگذارید کمی وارد جزئیات شویم تا شما نیز با چگونگی دسته‌بندی ستارگان و همین‌طور معیارهای لازم برای دسته‌بندی ستارگان آشنا شوید. همان‌طوری که در بالا خواندید، یک سیستم رده‌بندی مشهور وجود دارد که ستارگان را در کلاس O، کلاس B، کلاس A، کلاس F، کلاس G، کلاس K و کلاس M رده‌بندی می‌کند. این رده‌بندی، رده‌بندی یِرِکس نام دارد و با نام دیگر مورگان-کینان (سیستم MK) نیز شناخته می‌شود. این سیستم، ستارگان را بر پایه خطوط طیفی، دما و میزان درخشندگی آن‌ها دسته‌بندی می‌کند. به عنوان مثال ستارگان کلاس O، داغ‌ترین و ستارگان کلاس M سردترین ستارگان هستند. هر ستاره‌ای در هر دسته‌ای که قرار دارد دارای یک پسوند عددی بین ۰ تا ۹ است و عدد ۰ نشان‌دهنده داغ‌ترین و عدد ۹ نشان‌دهنده سردترین ستاره در آن کلاس است. به عنوان مثال ستاره O1 و M9 به ترتیب داغ‌ترین و سردترین ستاره‌ها هستند. در سیستم MK، میزان درخشندگی ستارگان نیز بسیار مهم است، به همین دلیل برای مشخص کردن میزان روشنایی یک ستاره از اعداد رومی استفاده می‌شود. در زیر می‌توانید ببینید که ستاره‌ها در سیستم MK بر اساس درخشندگی در چه کلاس‌هایی قرار می‌گیرند:
- کلاس ۰ و I: ستاره‌های فرا غول و ابر غول
- کلاس II و III و IV: ستاره‌های غول درخشان و زیر غول‌ها
- کلاس V: ستاره‌های قرار گرفته بر روی رشته اصلی نمودار هرتس‌اشپرونگ راسل
- کلاس VI و VII: ستاره‌های کوتوله و زیر کوتوله
نمودار هرتس‌اشپرونگ راسل که یک رابطه بین قدرمطلق، میزان درخشندگی و دمای سطحی ستاره به دست می‌دهد.
همان‌طوری که گفته شد، یکی از نمودارهای مشهوری که در علم ستاره‌شناسی وجود دارد و برای رده‌بندی ستارگان از آن استفاده می‌شود، نمودار هرتس‌اشپرونگ راسل است. هرتس‌اشپرونگ راسل، نموداری است که یک رابطه بین قدرمطلق (به عنوان مثال، درخشندگی ذاتی)، میزان درخشندگی و دمای سطحی ستاره به دست می‌دهد. در این نمودار نیز ستارگان در همان دسته‌های قبلی قرار می‌گیرند و ستارگان آبی و سفید و قرمز همگی در آن حضور دارند و در دسته‌های مختلفی قرار گرفته‌اند که عبارتند از: کوتوله‌های سفید، رشته اصلی، غول‌ها، ابر غول‌ها.
به طور معمول، ستاره‌هایی که در کلاس O قرار گرفته‌اند، در مقایسه با ستاره‌هایی که در دیگر کلاس‌ها قرار دارند، داغ‌تر هستند و دمای موثر آن‌ها به بیش از ۳۰ هزار درجه کلوین (۲۹۷۲۶٫۸۵ درجه سلسیوس) می‌رسد. اما موضوع به همین‌جا ختم نمی‌شود، این ستاره‌ها در مقایسه با سایرین بزرگ‌تر و پرجرم‌تر نیز هستند و اندازه آن‌ها به بیش از ۶ شعاع خورشیدی و جرم آن‌ها نیز به ۱۶ جرم خورشیدی می‌رسد. در کلاس‌هایی مانند K و M ستاره‌های کوتوله سرخ و نارنجی قرار دارند که سردتر از سایرین هستند و دمای آن‌ها بین ۲۴۰۰ تا ۵۷۰۰ درجه کلوین است. شعاع این ستاره‌ها بین ۰٫۷ تا ۰٫۹۶ شعاع خورشیدی بوده و جرم آن‌ها نیز بین ۰٫۰۸ تا ۰٫۸ جرم خورشیدی است.
با توجه به رده‌بندی خورشید (G2V) ما می‌توانیم پیشگویی کرده و تخمین بزنیم که این ستاره دمایی در حدود ۵۸۰۰ درجه کلوین دارد. حال بیایید به سراغ یک ستاره مشهور دیگر که در کهکشان ما قرار دارد برویم. این ستاره مشهور، اِتا شاه‌تخته نام دارد و به همراه دست‌کم دو ستاره دیگر در فاصله ۷۵۰۰ سال نوری از زمین و در صورت فلکی شاه‌تخته واقع شده است. گفته می‌شود بزرگ‌ترین ستاره موجود در این سامانه، ۲۵۰ برابر خورشید است و جرم آن برابر است با ۱۲۰ جرم خورشیدی! و البته یک میلیون بار درخشان‌تر از خورشید است. این ستاره یکی از بزرگ‌ترین و درخشان‌ترین ستاره‌هایی است که تا به امروز موفق شده‌ایم آن را رصد کنیم.
تصویری از سحابی شاه‌تخته که ستاره اِتا شاه‌تخته نیز در این سحابی قرار گرفته است.
البته هنوز هم بر سر اندازه این ستاره اختلافاتی وجود دارد. ستاره‌ها با هر باد ستاره‌ای (یا همان باد خورشیدی که خودمان می‌گوییم) بخش قابل توجهی از جرم خود را از دست می‌دهند. به عنوان مثال ستاره اِتا شاه‌تخته هر ساله جرمی برابر با ۵۰۰ برابر جرم زمین را از دست می‌دهد. این رقم بسیار بزرگی است و به همین دلیل ستاره‌شناسان نمی‌توانند دقیقاً تخمین بزنند که پایان کار این ستاره کِی فرا می‌رسد و یا این‌که طوفان‌های آن چه زمانی رخ می‌دهند. برخی از ستاره‌شناسان بر این باورند که ستاره اِتا شاه‌تخته در آینده نه چندان دور منفجر خواهد شد و اگر این اتفاخ به وقوع بپیوندد، انفجار اِتا شاه‌تخته به درخشان‌ترین انفجار ابرنواختری تبدیل خواهد شد که انسان توانسته مشاهده کند!
صحبت از جرم ستاره‌ها شد، بیایید به سراغ ستاره R136a1 برویم. این ستاره در کهکشان راه شیری قرار ندارد بلکه در کهکشان ابر ماژلانی بزرگ (یکی از کهکشان‌های اقماری راه شیری) و در فاصله ۱۶۳ هزار سال نوری از زمین قرار گرفته است. ستاره‌شناسان بر این باورند که جرم این ستاره، ۳۱۵ جرم خورشیدی است! روزگاری ستاره‌شناسان بر این باور بودند که جرم بزرگ‌ترین ستاره، ۱۵۰ جرم خورشیدی است اما وقتی که این ستاره کشف شد، دانشمندان پی بردند که دست بالای دست بسیار است! داستان شکل‌گیری R136a1 کمی عجیب است و گفته می‌شود که این ستاره در واقع از ترکیب چند ستاره پر جرم به وجود آمده است. البته لازم به ذکر است که احتمال انفجار این ستاره در آینده نزدیک وجود دارد.
حالا از جرم، به سراغ اندازه می‌رویم. برای اندازه، ستاره ابط الجوزا (شبان‌شانه) مثال بسیار خوبی است. ابط الجوزا در صورت فلکی شکارچی واقع شده است و یکی از درخشان‌ترین ستاره‌های آسمان شب به شمار می‌رود. این ستاره ابر غول سرخ‌رنگ نام آشنا، اندازه‌ای بین ۹۵۰ تا ۱۲۰۰ شعاع خورشیدی دارد و اگر در سامانه خورشیدی قرار داشت، تا مدار سیاره مشتری را در بر می‌گرفت! در واقع ستاره‌شناسان هرگاه که بخواهند خورشید را با دیگر ستارگان از نظر اندازه مقایسه کنند، از ستاره ابط الجوزا استفاده می‌کنند. در ادامه ویدیویی از مقایسه اندازه خورشید و ستاره ابط الجوزا را مشاهده می‌کنید:
اگر فکر می‌کنید که این ستاره بزرگ‌ترین ستاره شناخته شده است، سخت در اشتباه هستید و همان‌طوری که گفتیم دست بالای دست بسیار است! تابه‌حال نام WHO G64 را شنیده‌اید؟ این یک ستاره ابر غول سرخ‌رنگ است که در فاصله ۱۶۸ هزار سال نوری از زمین و در کهکشان ابر ماژلانی بزرگ واقع شده است. ستاره‌شناسان می‌گویند که این ستاره اندازه‌ای برابر با ۱۵۴۰ شعاع خورشیدی دارد و یکی از بزرگ‌ترین ستاره‌های شناخته شده موجود در عالم است. یکی دیگر از ستاره‌های بزرگ موجود در عالم، آر دبلیو قیفاووس (RW Cephei) است. این ستاره یک فراغول سرخ به شمار می‌رود و در صورت فلکی قیفاووس واقع شده است و چیزی در حدود ۱۱۵۰۰ سال نوری با زمین فاصله دارد. این ستاره اندازه‌ای برابر با ۱۵۳۵ شعاع خورشیدی دارد. ستاره وسترلاند ۲۶-۱ نیز یکی دیگر از بزرگ‌ترین ستاره‌های شناخته شده موجود در عالم است. این ستاره اندازه‌ای برابر با ۱۵۳۰ شعاع خورشیدی دارد و در خوشه ستاره‌ای وسترلاند ۱ واقع شده است. در مبحث بزرگی ستاره‌ها، دو ستاره V354 قیفاووس و VX Sagittarii نیز خودنمایی می‌کنند و اندازه‌ای برابر با ۱۵۲۰ شعاع خورشیدی دارند که البته در مقایسه با سایرین، قدری کوچک‌تر هستند.
بزرگ‌ترین ستاره شناخته شده: UY Scuti
وقتی که صحبت از بزرگ‌ترین ستاره موجود در کیهان می‌شود، دو رقیب اصلی وجود دارند. به عنوان مثال، ستاره UY Scuti اکنون بزرگ‌ترین ستاره موجود در عالم است و در فاصله ۹۵۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی سپر قرار گرفته است این ابر غول درخشان، اندازه‌ای برابر با ۱۷۰۸ شعاع خورشیدی دارد. به عبارت دیگر، اندازه آن ۲٫۴ میلیارد کیلومتر یا ۱۵٫۹ واحد نجومی (هر واحد نجومی برابر است با فاصله زمین تا خورشید) است. این اعداد و ارقام نشان می‌دهند که حجم این ستاره ۵ میلیارد برابر خورشید است! البته ستاره‌شناسان در تخمین اندازه این ستاره خطای ± ۱۹۲ را در نظر گرفته‌اند. این یعنی وقتی که گفتیم اندازه این ستاره برابر است با ۱۷۰۸ شعاع خورشیدی، اندازه‌ای تخمینی را گفته‌ایم و مقداری دقیق برای آن نداریم. ممکن است که اندازه این ستاره ۱۹۰۰ شعاع خورشیدی باشد و یا این‌که ۱۵۱۶ شعاع خورشیدی باشد. اگر اندازه آن ۱۵۱۶ شعاع خورشیدی باشد دیگر نمی‌توان گفت که این ستاره بزرگ‌ترین ستاره موجود در عالم است زیرا در جایگاهی پایین‌تر از V354 قیفاووس و VX Sagittarii قرار می‌گیرد. اما همان‌طوری که گفتیم برای کسب مقام بزرگ‌ترین ستاره موجود در عالم دو کاندید یا دو رقیب وجود دارند، از آن‌جایی که در تخمین اندازه دقیق کاندید اول دچار خطای ± ۱۹۲ هستیم، به سراغ کاندید دوم می‌رویم. این ستاره، اِن‌اِم‌اِل دجاجه (NML Cygni) نام دارد که یک ستاره فراغول بوده و در فاصله ۵۳۰۰ سال نوری از زمین و در صورت فلکی ماکیان (Cygnus) قرار گرفته است.
تصویری فرضی از ستاره UY Scuti
متاسفانه موقعیت این ستاره اصلاً خوب نیست، زیرا در یک سحابی قرار گرفته و توسط گرد و غبار کیهانی پنهان شده است و مشاهده آن بسیار دشوار است. به همین دلیل، ستاره‌شناسان می‌گویند که اندازه این ستاره چیزی مابین ۱۶۴۲ الی ۲۷۷۵ شعاع خورشیدی است. این یعنی اِن‌اِم‌اِل دجاجه احتمالاً بزرگ‌ترین ستاره شناخته شده در کیهان است اما اگر اندازه آن ۱۶۴۲ شعاع خورشیدی باشد و اندازه UY Scuti نیز همان ۱۷۰۸ شعاع خورشیدی باشد، در جایگاه دوم قرار می‌گیرد.
این دو ستاره همچنان برای کسب مقام بزرگ‌ترین ستاره موجود در عالم با یک‌دیگر می‌جنگیدند تا این‌که چند سال پیش عنوان بزرگ‌ترین ستاره موجود در عالم به وی‌وای سگ بزرگ (VY Canis Majoris) رسید! این ستاره ابر غول سرخ‌رنگ در فاصله ۵۰۰۰ سال نوری از زمین و در صورت فلکی سگ بزرگ قرار گرفته است. در سال ۲۰۰۶ پروفسور روبرتا هامفری از دانشگاه مینه‌سوتا تخمین زد که اندازه این ستاره حداکثر ۱۵۴۰ شعاع خورشیدی بوده و حداقل ۱۴۲۰ شعاع خورشیدی است. تا زمانی که ستاره‌شناسان نتوانند اندازه دقیق دو ستاره UY Scuti و اِن‌اِم‌اِل دجاجه را محاسبه کنند، عنوان بزرگ‌ترین ستاره شناخته شده در کیهان در اختیار وی‌وای سگ بزرگ باقی می‌ماند.
این‌ها بزرگ‌ترین ستاره‌هایی بودند که ما موفق شده‌ایم تا به امروز شناسایی کنیم اما راه شیری پر از رمز و راز است و ممکن است که در آینده ما بتوانیم ستاره‌های بسیار بزرگ‌تری را مشاهده کنیم. این ستاره‌ها هم اکنون در میدان دید ما هستند اما با توجه به این‌که غبار کیهانی همچون پرده‌ای در مقابل آن‌ها قرار گرفته ما نمی‌توانیم آن‌ها را مشاهده کنیم اما روزی فرا می‌رسد که ما بتوانیم این پرده را کنار زده و به رازهای عالم پی ببریم. حتی اگر ما نتوانیم هیچ‌گاه این ستاره‌ها را بیابیم، می‌توانیم در مورد اندازه و جرم آن‌ها نظریه پردازی کنیم. اما در انتها یک سوال برای ما پیش می‌آید: یک ستاره می‌تواند تا چه اندازه بزرگ شود؟ یک‌بار دیگر، پروفسور روبرتا هامفری از دانشگاه مینه‌سوتا به این سوال ما پاسخ می‌دهد.
مقایسه اندازه خورشید با ستاره وی‌وای سگ بزرگ. این ستاره در حال حاضر بزرگ‌ترین ستاره شناخته شده در عالم است.
وی برای این سوال پاسخ جالبی ارائه می‌دهد. پروفسور هامفری می‌گوید که اندازه ستاره‌ها با دمای آن‌ها در تناقض است، یعنی هرچه که یک ستاره بزرگ‌تر باشد، سردتر نیز هست. ما گفتیم که ستاره اِتا شاه‌تخته که درخشان‌ترین ستاره شناخته شده است، دمایی در حدود ۲۵ هزار درجه کلوین دارد اما این در حالی است که اندازه آن تنها ۲۵۰ شعاع خورشیدی است. پروفسور هامفری می‌گوید که ابر غول‌ها، سردترین ستاره‌ها هستند. به عنوان مثال دمای ستاره وی‌وای سگ بزرگ تنها ۳۵۰۰ درجه کلوین است. پروفسور هامفری می‌گوید اگر یک ستاره بزرگ با دمای ۳۰۰۰ درجه کلوین وجود داشته باشد، قطعاً اندازه آن ۲۶۰۰ شعاع خورشیدی خواهد بود. این نکته را هم در نظر داشته باشد که ستاره‌های بسیار بزرگ، عمر کوتاهی دارند.
نظر شما در این خصوص چیست؟
