إن فهمنا للكون ودرب التبانة مبني على صرح من قطع المعرفة الفردية ، وكلها مرتبطة ببعضها البعض. لكن كل قطعة من هذه القطع دقيقة للغاية. كلما استطعنا صنع إحدى أجزاء المعرفة بشكل أكثر دقة ، كلما كان فهمنا للأمر كله أكثر دقة.
عمر النجوم هو قطعة من هذا القبيل. لسنوات ، استخدم الفلكيون طريقة لتحديد عمر النجوم التي بها هامش خطأ بنسبة 10٪ إلى 20٪. الآن ، طور فريق من العلماء من جامعة Embry-Riddle للطيران تقنية جديدة لتحديد عمر النجوم بهامش خطأ يبلغ 3٪ إلى 5٪ فقط.
تعتمد تقنيات تأريخ النجوم الحالية على مراقبة النجوم على التسلسل الرئيسي ، وهو يشبه نوعًا ما غطاء النجوم للبالغين. تنظر التقنية إلى النجوم التي بدأت في "الموت" ، مما يعني في هذه الحالة أنها تستنفد الهيدروجين. علاوة على ذلك ، لا يمكن للعلماء عادة معرفة عمر النجم إلا من خلال معرفة عمر السكان الذين هم جزء منه. إنهم يعرفون عمر بعض النجوم الفردية ، ولكننا في الغالب نعرف عمر مجموعات النجوم بدلاً من النجوم الفردية نفسها.
أسباب ذلك معقدة إلى حد ما ، لكن تقنيات التأريخ النجمية لدينا أدت إلى بعض الاستنتاجات الغريبة ، التي تبدو مستحيلة بشكل واضح ، مثل العثور على مجموعات النجوم في درب التبانة أقدم من درب التبانة نفسها.
تعتمد التقنية التي طورها فريق في Embry-Riddle ، بقيادة أستاذ الفيزياء وعلم الفلك الدكتور تيد فون هيبل ، على قياسات الأقزام البيضاء ، بدلاً من النجوم التسلسلية الرئيسية. الأقزام البيضاء هي بقايا النجوم التي تركت التسلسل الرئيسي بعد نفاد الوقود. شمسنا ستنهي حياتها كقزم أبيض.
تقيس التقنية الجديدة الكتلة ودرجة حرارة السطح وما إذا كان الغلاف الجوي به هيدروجين أو هيليوم.
"... من المهم معرفة ما إذا كان هناك هيدروجين أو هيليوم على السطح لأن الهليوم يشع الحرارة بعيدًا عن النجم بسهولة أكبر من الهيدروجين."
د. تيد فون هيبل ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة إمبري ريدل.
قال فون هيبل ، مدير مرصد قسم العلوم الفيزيائية في امبري ريدل وتلسكوب ريتشي-كريتيان الذي يبلغ طوله 1.0 متر: "تكتسب كتلة النجم أهمية لأن الأجسام ذات الكتلة الأكبر لها طاقة أكبر وتستغرق وقتًا أطول لتبرد". ولهذا السبب يبقى فنجان القهوة ساخنًا أطول من ملعقة صغيرة من القهوة. تقدم درجة حرارة السطح ، مثل الفحم المحترق في نار المخيم التي اندلعت ، أدلة على المدة التي مات فيها الحريق. وأخيرًا ، من المهم معرفة ما إذا كان هناك هيدروجين أو هيليوم على السطح لأن الهليوم يشع الحرارة بعيدًا عن النجم بسهولة أكبر من الهيدروجين ".
لا تزال كتلة النجم أساسية لتحديد عمره ، ولا تزال صعبة ، خاصة بالنسبة لعدد كبير من الأقزام البيضاء. ولكن بفضل القمر الصناعي Gaia ، أصبح الأمر أسهل.
تستفيد طريقة البروفيسور فون هيبل الجديدة من البيانات التي قدمتها بعثة Gaia التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. يقوم Gaia بعمل خريطة ثلاثية الأبعاد لدرب التبانة من خلال قياس السرعة الموضعية والقطرية لحوالي مليار نجم في مجرة درب التبانة وفي المجموعة المحلية. يقيس Gaia مسافات النجوم بدقة بالغة ، وهذا ما استفاد منه فريق von Hippel.
تمكن Gaia من قياس مسافات النجوم بدقة كبيرة ، واستخدم فون هيبل وفريقه تلك الدقة لتحديد نصف قطر النجوم بناءً على سطوعها. ومن هناك ، استخدموا المعلومات الموجودة حول نسبة الكتلة إلى نصف القطر لتحديد الكتلة ، وهي مكون مفقود في تحديد عمر النجم.
اللمسة الأخيرة ، التي تساعد على إعطاء التقنية الجديدة دقتها ، هي معرفة معدنية النجم. يشير المعدن إلى وفرة العناصر الكيميائية المختلفة في النجم. هذه المعلومات تسمح لهم بتحسين عمر النجم.
في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية الأخير ، قدم أعضاء فريق فون هيبل ملصقين عن عملهم. ركز الأول على زوج ثنائي من النجوم مع قزم أبيض واحد ونجم تسلسل رئيسي واحد. ركز الثاني على زوج ثنائي من الأقزام البيضاء.
"سيكون المستوى التالي من الدراسة تحديد أكبر عدد ممكن من العناصر في الجدول الدوري قدر الإمكان لنجم التسلسل الرئيسي داخل هذه الأزواج."
د. تيد فون هيبل ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة إمبري ريدل.
قال فون هيبل: "المستوى التالي من الدراسة سيكون تحديد أكبر عدد ممكن من العناصر في الجدول الدوري قدر الإمكان لنجم التسلسل الرئيسي داخل هذه الأزواج". "سيخبرنا هذا المزيد عن التطور الكيميائي للمجرة ، بناءً على كيفية تراكم العناصر المختلفة بمرور الوقت مع تشكل النجوم في مجرتنا ، درب التبانة."
يقول فون هيبل أن الطريقة لا تزال قيد التطوير ، ولا يزال من الممكن النظر فيها في مرحلتها الأولية. لكنه يحمل الكثير من الوعود ، ويأمل الفريق في أن يتعلموا في نهاية المطاف أعمار جميع الأقزام البيضاء في مجموعة بيانات Gaia. قال فون هيبل: "قد يسمح هذا للباحثين بتقدم فهمنا الكبير لتكوين النجوم داخل مجرة درب التبانة".
أشار فون هيبل إلى مقارنة بين مجال علم الآثار ومجال الفيزياء الفلكية. في علم الآثار ، نستخدم مواعدة الكربون لتحديد عمر جميع أنواع الأشياء: الأدوات والهياكل والحفريات ومواقع العصر الحجري. تعطينا عصور الأشياء فهمًا للجدول الزمني للأحداث على الأرض. وينطبق الشيء نفسه على الكون.
"بالنسبة لعلماء الفلك اليوم ، دون معرفة عمر المكونات المختلفة لمجرتنا ، ليس لدينا سياق. لدينا تقنيات لتاريخ الأجرام السماوية ، ولكن ليس بدقة ".
