تصور کنید روزی سوخت تنها ستاره منظومه شمسی یعنی خورشید به اتمام برسد؛ از آن چه چیزی باقی می‌ماند؟ ستاره‌ای متراکم و کم‌نور موسوم به کوتوله سفید که می‌توان آن را به عنوان جسد خورشید دانست! در این مقاله به تفصیل به معرفی این نوع ستارگان می‌پردازیم و علاوه بر تعریف کوتوله‌های سفید، مشخصات و ویژگی‌های آنها را شرح می‌دهیم؛ با ما همراه باشید تا درباره نحوه تشکیل کوتوله سفید در فضا و مشخصات آن بدانید.
کوتوله سفید چیست و چگونه تشکیل می‌شود؟
کوتوله‌های سفید (به انگلیسی White Dwarf) بقایای هسته ستاره‌های با جرم کم و متوسط و آخرین مرحله قابل مشاهده این اجرام آسمانی هستند که عمدتا از مواد الکترون تباهیده یا تبهگن تشکیل شده‌اند. وقتی ماده به حدی فشرده شود که الکترون‌ها پایین‌ترین حالت‌های کوانتومی را پر کنند و ماده منحط الکترونی (EDM) را تشکیل دهند، انحطاط الکترونی اتفاق می‌افتد.
فروپاشی و انفجار کوتوله‌های سفید آن‌قدر شدید است که الکترون‌هایشان در هم کوبیده می‌شوند و چیزی را تشکیل می‌دهند که «ماده تباهیده» (Degenerate Matter) نام دارد. آنها تا زمانی که الکترون‌ها، خود، نیروی فشار کافی به سمت بیرون را برای متوقف کردن فرآیند تخریب ایجاد کنند، به فروپاشی ادامه می‌دهند. این اجرام آسمانی چه ویژگی‌هایی دارند؟
مشخصات و اندازه کوتوله سفید
جرم کوتوله سفید چقدر است؟ بیشتر ستارگان پرجرم هیچ‌گاه به کوتوله سفید بدل نشده و به ابرنواختر تبدیل می‌شوند، در حالی که ستاره‌های با جرم کم یا متوسط (با جرم کمتر از ۸ برابر جرم خورشید) به یک کوتوله سفید تبدیل خواهند شد. به گفته محققان، تقریبا ۹۷ درصد ستاره‌های کهکشان راه شیری به کوتوله‌های سفید بدل می‌گردند.
همچنین کوتوله‌های سفید نمی‌توانند جرمی بیشتر از ۱.۴ برابر جرم خورشید داشته باشند. هر چه جرم یک ستاره بیشتر باشد، کشش به سمت داخل بیشتر است؛ بنابراین یک کوتوله سفید پرجرم‌تر شعاع کمتری نسبت به همتای کم‌جرم‌تر خود دارد.
چگالی کوتوله سفید چقدر است؟ این ستارگان بسیار متراکم بوده و یک قاشق چای‌خوری از مواد آنها به اندازه یک فیل روی زمین وزن دارد، چیزی در حدود ۵.۵ تن! جرم این نوع ستاره‌ها با خورشید قابل مقایسه بوده، اما حجم آنها را می‌توان با جرم زمین مقایسه کرد! در نظر داشته باشید خورشید ۱۰۹ برابر بزرگتر از زمین است، پس شعاع چنین ستاره‌هایی حدود ۰.۰۱ برابر خورشید ماست.
همچنین دمای کوتوله سفید می‌تواند از ۱۰۰ هزار کلوین فراتر رود. علی‌رغم چنین دماهای بالایی، کوتوله‌های سفید درخشندگی کمی دارند، زیرا اندازه آنها بسیار کوچک است.
گرانش روی سطح یک کوتوله سفید ۳۵۰ هزار برابر گرانش زمین است؛ بدین معنا که یک فرد ۶۸ کیلوگرمی روی زمین، روی سطح یک کوتوله سفید ۲۲.۷ میلیون کیلوگرم وزن خواهد داشت! سوال دیگری که مطرح می‌شود این است که ستارگان مذکور چه رنگی بوده و آیا همه آنها مانند نامشان سفید هستند؟
رنگ کوتوله سفید
کوتوله‌های سفید به خاطر رنگ سفید اولین ستارگان کشف‌شده از این نوع به این نام خوانده می‌شوند. درحالی که تابش مرئی ساطع‌شده توسط آنها در طیف رنگی وسیعی از رنگ آبی-سفید ستاره‌های رشته اصلی (Main Sequence) نوع O تا رنگ قرمز یک کوتوله سرخ نوع M متفاوت است. حال به پاسخ این پرسش می‌پردازیم که وقتی چنین ستارگانی می‌میرند چه اتفاقی می‌افتد؟
مرگ کوتوله سفید
کوتوله‌های سفید در واقع بازماندگان ستاره‌ها هستند و از این نظر می‌توان آنها را ستارگان مرده دانست، چرا که دیگر فرآیند همجوشی هسته‌ای در چنین ستاره‌هایی وجود ندارد. به طور کلی وقتی ستاره‌ای می‌میرد، مقداری از آن باقی می‌ماند و این باقیمانده بسته به میزان جرمش، به یک کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا یک سیاه چاله فضایی تبدیل خواهد شد. کوتوله‌های سفید نیز در پایان عمرشان در قالب یک ابرنواختر منفجر می‌شوند.
کوتوله سفید و غول سرخ
ستارگان قبل از تبدیل شدن به کوتوله سفید، به غول سرخ بدل می‌شوند که در این مرحله بیشتر جرم خود را از دست می‌دهند. ستاره غول سرخ زمانی شکل می‌گیرد که هیدروژن یک ستاره تمام شده و به واسطه هلیوم موجود در هسته‌اش شروع به سوختن می‌کند، در حالی که کوتوله سفید تمام مواد مربوط به همجوشی را مصرف کرده و سرد شدن آن آغاز گشته است. هر دوی این اجرام آسمانی جزو آخرین مراحل چرخه زندگی یک ستاره به شمار می‌روند.
ستاره‌های کوچکتر مانند کوتوله‌های سرخ به حالت غول سرخ نمی‌رسند. آنها تمام هیدروژن خود را می‌سوزانند و این فرآیند را مانند کوتوله‌های سفید کم‌نور به پایان می‌رسانند. با این حال، تریلیون‌ها سال طول می‌کشد تا کوتوله‌های قرمز سوخت خود را مصرف کنند، مدت زمانی که بسیار بیشتر از عمر ۱۳.۸ میلیارد ساله کیهان است؛ از این رو هنوز هیچ کوتوله سرخی به کوتوله سفید تبدیل نشده است.
کوتوله سفید در نهایت و طی مدت زمانی بسیار زیاد به قدری خنک می‌شود تا به یک کوتوله سیاه تبدیل گردد که هیچ‌گونه انرژی از خود ساطع نمی‌کند. از آنجایی که قدیمی‌ترین ستاره‌های جهان تنها ۱۰ تا ۲۰ میلیارد سال سن دارند، هنوز کوتوله‌های سیاه شناخته‌شده‌ای وجود ندارند. پس تخمین مدت زمانی که کوتوله‌های سفید سرد شده‌اند، می‌تواند به اخترشناسان در مورد سن کیهان اطلاعات زیادی ارائه دهد.
اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، پیشنهاد می‌کنیم مقاله ما درباره سیاره کوتوله را نیز مطالعه کنید. دیدگاه‌های خود را در قسمت نظرات با ما در میان بگذارید و سوالاتتان را بپرسید؛ کارشناسان اسپاش به شما پاسخ می‌دهند.