ستاره‌های چرخان: سرعت چرخش، سن و رنگ

خورشید، در مقایسه با بعضی ستاره‌های کم جرم، خیلی کند می‌چرخد. سرعت هر نقطه روی استوای آن فقط دو کیلومتر بر ثانیه است و تقریباً یک ماه طول می‌کشد تا یک دور کامل را طی کند. اما بسیاری از ستاره‌های نوع خورشید و سردتر از آن، خاصه آن‌هایی که در خوشه‌های باز نظیر خوشة قلائص جای دارند، با سرعت‌های استوایی حدود 10 کیلومتر بر ثانیه می‌چرخند. سرعت معدودی از ستاره‌‎‌های خوشه‌های جوان‌تر، نظیر خوشة پروین، ده برابر این مقدار است.
چند سال پیش ستاره‌شناسان توضیح ساده‌ای ارائه کردند: سرعت دوران این ستاره‌ها در بدو تولد خیلی زیاد است، ولی بعداً با گذشت زمان کم می‌شود. این نظر متداول را اخیراً استیون کاوالر (دانشگاه ییل) در نشست ژانویة انجمن نجوم آمریکا مجدداً مطرح کرده است. محاسبات او دال بر آن است که ذرات باردار ـ که به صورت باد ستاره‌ای از ستاره می‌گریزند ـ به چنگ میدان مغناطیسی ستاره می‌افتند و از این طریق مقداری از اندازه حرکت زاویه‌ای ستاره به محیط میان ـ ستاره‌ای انتقال پیدا می‌کند و حرکت دورانی ستاره کند می‌شود.
ولی آیا ممکن است که ستاره‌ها، با سرعت‌های دورانی متفاوت به وجود بیایند؟ این نکته‌ای است که پاول باتلر (دانشگاه ایالتی سان فرانسیسکو) و همکارانش می‌خواهند به آن پی ببرند و به این منظور در جستجوی قرائن واضحی هستند که از هم‌بستگی سرعت دورانی و سن ستاره حکایت کند. این پژوهشگران به کمک تلسکوپ 5 متری پالومار طیف هشت کوتولة K را در خوشة پروین ثبت کرده‌اند. از این هشت ستاره، چهارتای آن‌ها سرعتی بین 50 تا 100 کیلومتر بر ثانیه در امتداد خط دید دارند و سرعت چهارتای دیگر کمتر از 10 کیلومتر بر ثانیه است. (برای تحویل این سرعت‌ها به سرعت‌های دورانی واقعی باید جهت محور چرخش ستاره‌ها را بدانیم.) خطوط جذبی در طیف این ستاره‌ها حاکی از آن است که میزان لیتیوم در چهار ستاره‌ای که دورانشان سریع است 2 تا 10 مرتبه بیش از ستاره‌هایی است که به کندی می‌چرخند. این عنصر معمولاً شاخص قابل اعتمادی برای سن ستاره به شمار می‌رود؛ زیرا به لایه‌های عمقی‌تر ستاره که دمایشان زیاد است راه می‌یابد و با مواد دیگر می‌آمیزد و در واکنش‌های هسته‌ای شرکت می‌کند. در نتیجه فراوانی‌اش با زیاد شدن سن ستاره کم می‌شود.
سال گذشته باتلر و همکارانش به این نتیجه رسیدند که در خوشة پروین دورانگرهای سریع همگی جوانتر از دورانگرهای کندند و چرخش ستاره‌های کم حجم واقعاً پس از پیدایش آن‌ها کند می‌شود. تحلیل آن‌ها نشان می‌دهد که سرعت خطی دوران ستاره‌های K در زمانی بین 10 تا 100 میلیون سال، از 100 کیلومتر بر ثانیه به 10 کیلومتر بر ثانیه می‌رسد.
سن تنها عاملی نیست که به آهنگ دوران ستاره بستگی دارد. جان اشتوفر (مرکز تحقیقات ایمز ـ ناسا)، لی‌هارتمان و دیوید لاتام (مرکز اختر فیزیک اسمیتسونین ـ هاروارد) اخیراً هم‌بستگی آهنگ چرخش و گونة ستاره‌ای را در ستاره‌های کم جرم خوشة ستاره‌ای قلائص تأیید کرده‌اند. رصدهای قبلی خوشه‌های جوان‌تر، از جمله خوشة پروین نشان داده بود که چرخش ستاره‌های G و K سریع‌تر از ستاره‌های گونة M کند می‌شود.
اشتوفر و همکارانش استدلال می‌کنند که اگر این حرف درست باشد، باید سردترین ستاره‌های M خوشة قلائص هم‌چنان به سرعت بچرخند؛ و این همان چیزی است از بررسی طیف‌های تلسکوپ کره هاپکینز به دست آمده است. این پژوهشگران می‌گویند که همة کوتوله‌های K در نمونه‌گیری آن‌ها سرعت‌های دورانیی دارند که در امتداد دید کمتر از 10 کیلومتر بر ثانیه است.
ظاهراً مدتی که طول می‌کشد تا ستاره‌های M به نسبت معینی کند شوند در حدود 10 برابر همین مدت برای ستاره‌های K است (که جرمشان کمی بیشتر است). احتمالاً چهل میلیون سال طول کشیده است که دوران خورشید (گونة G) کند شود و سرعت آن به 10 کیلومتر بر ثانیه برسد. بهترین توضیحی که برای این مطلب وجود دارد این است که نخست سرعت لفاف همرفتی ستاره کم می‌شود. چون این لفاف در ستاره‌های G کوچکتر از ستاره‌های K و M است و از G و M به تدریج بزرگ می‌شود، کند شدن دوران ستاره‌های G آسان‌تر از گونه‌های بعدی خواهد بود.