در صورت انفجار ستاره غول‌پیکر ابط‌الجوزا، آسمان شب چقدر روشن خواهد شد؟

خلاصه مقاله:

• ستاره مشهور ابط‌الجوزا که در دسته‌ی ابرغول سرخ قرار دارد، در آینده‌ای نزدیک منفجر خواهد شد. اما این سؤال مطرح می‌شود که در صورت انفجار، ساکنین زمین آن را چگونه خواهد دید؟
• بازه دقیق انفجار ستاره به‌طور دقیق مشخص نیست؛ ممکن است همین فردا این اتفاق رخ دهد.
• بر اساس تخمین‌ها ابط‌الجوزا در صورت انفجار به درخشان‌ترین جرم آسمان شب روی زمین تبدیل خواهد شد. این انفجار چند هفته دوام می‌آورد و حتی در روز هم مشاهده‌پذیر خواهد بود.
• با وجود انفجار مهیب، خطری ساکنین زمین را تهدید نمی‌کند؛ چرا که ابط‌الجوزا ۵۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.

ستاره‌ای مشهور وجود دارد که به احتمال زیاد آن را در آسمان دیده‌اید. نام این ستاره ابط‌الجوزا است و می‌توانید آن را در صورت فلکی شکارچی درست در شانه‌ی راست شکارچی پیدا کنید؛ اما این ستاره یک جرم عادی نیست، بلکه رویدادی سهمگین در انتظار آن است.

ستاره‌ی ابط‌الجوزا که در دسته‌ی ابرغول سرخ قرار می‌گیرد، در چند سال گذشته چند مرتبه کم‌نور شده است؛ اتفاقی که خبر از ابرنواختر کامل در آینده‌ای نزدیک می‌دهد. البته در اینجا «آینده نزدیک» به معنی بازه‌ی ۱۰ هزار سال آینده است. در واقع از آنجا که این ستاره ۵۰۰ سال نوری از ما فاصله دارد، ممکن است همین حالا منفجر شده باشد، اما هنوز از آن اطلاعی نداریم. شاید این انفجار فردا خود را نشان دهد.

از یک چیز اطمینان داریم: اگر ابط‌الجوزا منفجر شود، درخشان‌ترین ابرنواختری خواهد بود که بشر به چشم دیده است؛ اما چه مقدار درخشان خواهد بود؟ آیا می‌توان در طول روز آن را دید؟ آیا خطرناک است؟ در این مقاله تلاش می‌کنیم با فیزیک مقدماتی به این پرسش‌ها پاسخ دهیم.

در اغلب ستاره‌ها، هسته ترکیبی از هیدروژن و هلیم است که دو مورد از سبک‌ترین عنصرها به شمار می‌روند؛ اما آن‌ها فقط هسته‌ی دارای بار مثبت این اتم‌ها را دارند؛ زیرا برای نگه‌داشتن الکترون‌ها بسیار داغ هستند. این هسته‌ها تحت گرانش و دماهای شدید می‌توانند به عنصرهای سنگین‌تر تبدیل شوند و مقادیر زیادی انرژی آزاد کنند. خورشید انرژی خود را از این فرآیند همجوشی هسته‌ای به دست می‌آورد.

برای یک ستاره‌ی پایدار مانند خورشید، تعادل بین دو نیروی مخالف وجود دارد. جرم ماده در ستاره باعث تولید نیروی گرانشی می‌شود که تمایل به فروپاشی ستاره دارد. با این‌حال نیروی رو به بیرون هسته مانع از این فروپاشی می‌شود؛ بنابراین ستاره از نظر اندازه ثابت باقی می‌ماند، گرچه مانند سیاره جرمی جامد نیست.

ستاره با افزایش سن، منبع هیدروژن و هلیم خود را مصرف می‌کند و عنصرهای سنگین‌تری مثل کربن، اکسیژن، سیلیکون و در نهایت آهن را تولید می‌کند. همجوشی عنصرهای سنگین‌تر از آهن، انرژی بیشتری می‌گیرد تا اینکه انرژی تولید کند. در نهایت سوخت ستاره به پایان می‌رسد و روی خود دچار فروپاشی می‌شود.

با این‌حال انفجار یادشده مقدار زیادی انرژی نوری ایجاد می‌کند. برای مقایسه، خورشید ما دارای درخشندگی یا توان خروجی 3.8*10^26 وات است. یک ابرنواختر به نام ASASSN-15h که در سال ۲۰۱۵ رصد شد، دارای درخشندگی اوج نزدیک به 2*10^38 وات بود. این توان خروجی از توان تولید‌شده از ۵۰۰ میلیارد خورشید بیشتر است؛ رقمی دیوانه‌کننده! با این‌حال از آنجا که ابرنواختر ۲۰۱۵ در کهکشانی دیگر بود، آن را مشاهده نکردیم؛ اما در مقیاس نجومی، ابط‌الجوزا در حیات پشتی ما قرار دارد.

سال‌ها پیش، فیلسوفی یونانی به نام هیپارکوس، ستاره‌ها را بر اساس میزان درخشش ظاهری در آسمان شب به شش دسته تقسیم کرد. بر اساس این اندازه‌گیری طرحی طبقه‌بندی برای «قدر ظاهری» به وجود آمد؛ به‌طوری‌که ستاره‌ای با قدر ۱ بسیار درخشان به نظر می‌رسد، درحالی‌که شاید حتی نتوانید ستاره‌ای با قدر ۶ را در میان آلودگی نوری ببینید. ستاره‌ی ابط‌الجوزا در گروه اول قرار دارد.

به بیان واضح‌تر، قدر ظاهری درخشندگی واقعی ستاره را نشان نمی‌دهد و صرفا میزان روشنایی آن از زمین را توصیف می‌کند که ۱) به میزان نوری که ستاره تولید می‌کند و (۲) به میزان دور بودن آن وابسته است. البته عامل سوم هم به میزان دید انسان وابسته است و خطی نیست. یک جسم با قدر یک دارای شدت نور (بر اساس وات بر متر مربع) ۱۰۰ برابر بیشتر از یک جسم با قدر ۶ است.

همچنین ممکن است اجرامی با قدر بیشتر از ۱ هم وجود داشته باشند و در این صورت مقادیر منفی خواهند گرفت. برای مثال سیاره زهره درخشان‌ترین جرم در آسمان شب است که قدر آن بر اساس موقعیتش به طور میانگین به ۴٫۱- می‌رسد.

بنابراین می‌توانیم این‌گونه نتیجه بگیریم: اگر درخشندگی ذاتی یک جرم (مقدار انرژی نوری که تولید می‌کند) را داشته باشیم می‌توانیم شدت نور را با توجه به فاصله‌ای مشخص (مقدار نوری که در آن نقطه دریافت می‌شود) محاسبه کنیم. سپس می‌توانیم مقدار به دست آمده را به مقیاس قدر ظاهری تبدیل کنیم تا میزان درخشندگی آن برای چشم انسان را توصیف کنیم.

برای مثال فرض کنید لامپی نوری دارید که ۲۰ وات نور از خود منتشر می‌کند. این ۲۰ وات درخشندگی لامپ را نشان می‌دهد. اگر نور به‌صورت برابر در تمام جهت‌ها منتشر شود و شما r متر از آن فاصله داشته باشید، می‌توانید تصور کنید که نور لامپ در سطح یک کره با شعاع r پخش می‌شود. با افزایش فاصله، نور روی کره‌ی بزرگ‌تری پخش می‌شود درنتیجه مقدار کمتری از آن در یک نقطه دریافت می‌شود. ازآنجاکه مساحت سطح کره (A = 4πr2) متناسب با مربع شعاع است، این تعریف را قانون مربع معکوس می‌نامیم. با توجه به این موارد، می‌توانیم شدت (I) در یک موقعیت را به شکل تابعی از درخشندگی (L) و فاصله (r) بنویسیم:

خب حالا بگذارید معادله‌ی فوق را برای ابرنواختر ابط‌الجوزا پیاده‌سازی کنیم. می‌توانیم کار را با درخشندگی 2x10^38 درست مانند ابرنواختر سال ۲۰۱۵ آغاز کنیم. برای فاصله، ۵۰۰ سال نوری را درنظر می‌گیریم. البته برای استفاده از فرمول باید این فاصله را از سال نوری به متر تبدیل کنیم. ازآنجاکه نور با سرعت ۳۰۰ میلیون متر بر ثانیه حرکت می‌کند، به فاصله‌ی 4.73x10^18 می‌رسیم. با توجه به این فاصله شدت نور دریافتی روی زمین برابر است با ۰٫۷۱۱ وات بر متر مربع.

حالا برای تبدیل مقدار به‌دست‌آمده به‌قدر ظاهری، نیاز به یک ستاره مرجع داریم. در اینجا از ستاره شباهنگ (Sirius) استفاده می‌کنیم. این ستاره با درخشندگی ۲۵٫۴ برابر بیشتر از خورشید و فاصله‌ی ۸٫۷۹ سال نوری، یکی از درخشان‌ترین ستاره‌های آسمان شب به شمار می‌رود. به‌این‌ترتیب به قدر ۱٫۴۶- (mr) می‌رسیم. سپس قدر (m) ابط‌الجوزا به این صورت محاسبه می‌شود.

با انجام محاسبات به‌قدر روشنایی ۱۸٫۵- می‌رسیم که بسیار شگفت‌انگیز است. اگر حدس‌هایمان برای درخشندگی و فاصله زیاد دور از مقادیر واقعی نباشند، ابط‌‌الجوزا به درخشان‌ترین جرم در آسمان شب تبدیل خواهد شد. برای مقایسه، ماه کامل دارای قدر ۱۲٫۶- است درنتیجه این ابرنواختر را می‌توان حتی در طول روز هم مشاهده کرد.

با چشم غیرمسلح، ابرنواختر ابط‌الجوزا همچنان مانند نقطه‌ای نورانی به نظر می‌رسد؛ زیرا هرچند فاصله آن برای یک ستاره نزدیک است، هنوز در فاصله‌ای بسیار دور از ما قرار دارد. قطعا نباید انتظار داشته باشید که به اندازه‌ی قرص ماه کامل آن را ببینید، اما درخشان‌ترین نقطه‌ای خواهد بود که در آسمان شب خواهید دید و به مدت چند هفته دوام خواهد آورد.

اما آیا ابط‌الجوزا خطرناک است؟ خب، این جرم قطعا روشنایی کمتری نسبت به خورشید خواهد داشت که دارای قدر ۲۶٫۸- است. در نتیجه قطعا دراثر شدت نور آن آفتاب‌سوخته نخواهیم شد، اما احتمالا نباید با تلسکوپ نوری به آن نگاه کنیم. شاید بهتر است با این ابرنواختر در پس‌زمینه سلفی بگیریم تا نوادگانمان آن را ببینند.