کشف گردترین جرم کیهان در داده های کپلر

MacTavish · 11/10/19

وقتی جغرافی‌دانان می‌گویند که زمین گرد است، این حرف فقط به طور تقریبی درست است و اگر بخواهیم با دقت بگوییم، زمین در دو قطب‌اش کمی حالت “پخ‌شدگی” دارد. به هر حال اجرام بسیاری وجود دارند که گردتر از زمین‌اند. تیمی از اخترفیزیکدانان به سرپرستی Laurent Gizon از موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک، ستاره‌ای در فاصله 5000 سال نوری یافته‌اند که نه تنها گردتر از زمین است، بلکه گردترین جرم کیهان هم لقب گرفته است.

اگر به تصاویر ستارگان و سیارات نگاه کنیم، کروی به نظر می‌رسند. اما در حقیقت همه آنها کره‌هایی پخ شده‌اند. این به خاطر نیروی گریز از مرکزی است که با چرخش آنها ایجاد شده و اینگونه است که سطح‌شان در نواحی استوایی کمی بالا آمده و در عوض در نواحی قطبی کمی فرو میرود. مشابه این اتفاق را می‌توان با توپی گِلی در یک کارگاه سفالگری مشاهده کرد. اگر توپ را بر روی چرخ سفالگری بچسبانید و شروع به چرخاندن آن بکنید، پس از مدت زمانی خواهید دید که نواحی مرکزی توپ به بیرون متمایل شده و در مقابل بالا و پایین آن کمی صاف شده و به درون فرو رفته است. درست همین اتفاق برای ستارگانی که دور خودشان در چرخش‌اند، می‌افتد.

به طور مثال زمین با سرعت یک دور در شبانه‌روز به دور خودش می‌چرخد و قطر آن در استوا برابر 12756.27 کیلومتر است. اما اگر قطر زمین را به صورت حد فاصل آن میان دو قطب شمال و جنوب اندازه‌گیری کنیم، برابر 12713.56 کیلومتر می‌شود. یعنی 42.77 کیلومتر کمتر از قطر استوایی زمین است. در مورد خورشید اما تفاوت تا این اندازه نیست. چرا که سرعت چرخش وضعی خورشید به دور خودش بسیار کمتر است و حدود 27 روز طول می‌کشد تا یک دور کامل به دور خودش بزند. اندازه‌‌گیری‌ها نشان داده است که تفاوت قطر خورشید در استوا و قطبین تنها حدود 10 کیلومتر است. این اختلاف به صورت نسبی مانند اختلاف کمتر از ضخامت یک تار موی انسان، بر روی یک توپ فوتبال است.

تفاوت شعاع زمین در استوا و قطبین

با این حال طبق تحقیقی که تیم Gizon انجام داده است، حتی چنین اختلاف کمی نیز در برابر موردی که آنها یافته‌اند، اصلا گرد محسوب نمی‌شود! ستاره kepler 11145123 کمی بزرگتر از خورشید است (با قطر 1.5 میلیون کیلومتر) و هر 9 روز یک بار به دور خودش می‌چرخد. اما تفاوت قطر آن در قطبین با استوا تنها 3 کیلومتر است. چنین اختلاف ناچیزی، نه تنها این ستاره را گردتر از خورشید می‌کند، بلکه آن را به گردترین جرم کیهان که تاکنون یافت شده هم تبدیل کرده است. تنها کره‌های سیلیکونی که برای استانداردسازی وزن و طول ساخته می‌شوند، از این ستاره گردتر هستند.

با توجه به اینکه این ستاره نوسانات سینوسی خالص و بسیار منظم داشته است، اندازه‌گیری میزان گردبودن آن میسر شده است. این نوسانات به صورت بزرگ و کوچک شدن ستاره است که باعث تغییر در روشنایی آن می‌شود. این تغییرات در روشنایی، در طول 4 سال ماموریت کپلر به صورت منظم اندازه‌گیری شده است. طبق گفته این تیم محقق، بسته به اینکه چه عرض جغرافیایی از ستاره به سمت ما قرار گرفته است، تناوب روشنایی ستاره تغییر می‌کند. در نهایت می‌توان با اندازه‌گیری تغییرات فرکانسی در تناوب ستاره، به طور دقیق قطرهای آن را در نواحی مختلف محاسبه کرد.

گردترین جرم کیهان ، فراتر از تصور این محققان بوده است و آنها چنین انتظاری از ستاره KEPLER 11145123 نداشته‌اند. یک نظر این است که وجود میدان مغناطیسی در عرض‌های پایین‌تر همانند کمربندی کیهانی عمل می‌کند که مانع بیرون‌افتادن بخش‌های مرکزی ستاره تحت نیروی گریز از مرکز می‌شود. درست مشابه کاربرد کمربندهای شکمی برای انسان‌ها!

Gizon می‌گوید:

ما در نظر داریم این محاسبات را برای سایر ستاره‌هایی که کپلر آنها را رصد کرده، تکرار کنیم. به علاوه در آینده که ماموریت‌های TESS و PLATO (که در اصل هدفشان کشف سیارات فراخورشیدی است) شروع به کار می‌کنند، موارد بسیار بیشتری در دسترس خواهد بود تا به اندازه‌گیری قطر‌ آنها بپردازیم.

اینکه چگونه نیروی گریز از مرکز و میدان مغناطیسی در کنار هم شکل ستاره را تغییر می‌دهند، بسیار جذاب است. چرا که بخش مهمی از فیزیک تئوری ستارگان، اکنون به صورت رصدی در معرض آزمایش قرار گرفته است.