همدم‌هاي آسماني!

ستارگان دو تايي، پديده اي فراوان در عالم
در يك نگاه گذرا به آسمان شب مي توان نقاط نوراني بي شماري را مشاهده كرد كه پنداري بر يك صفحه متحرك متصل شده اند و نقش آفريني شبانه خود را انجام مي دهند و صحنه را براي ستاره داستان كه همانا خورشيد است خالي مي كنند. اما اگر دقيق تر به اين نمايش نگاه كنيم در مي يابيم كه اغلب اين بازيگران آن گونه كه ما مي پنداريم تنها نيستند و هماوردي دارند كه حركاتشان با وي تنظيم و تعيين مي شود.
اين هماوردها سيستم هايي شكل مي دهند كه همانا با نام ستارگان دو تايي شناخته مي شوند (كه البته ممكن است از بيش از دو ستاره نيز تشكيل شده باشند). عبارت ستارگان دو تايي براي نخستين بار در سال 1802 و توسط "ويليام هرشل" به كار گرفته شد، آنجا كه وي در دست نوشته خود چنين نگاشت:
"در صورتي كه دو ستاره در موقعيت بسيار نزديك نسبت به هم قرار داشته باشند و در عين حال از نيروهاي خارجي ديگر ايزوله بوده و تحت تاثير نيروهاي حاصله از ساير ستارگان همسايه قرار نگيرند، يك سيستم مجزا را تشكيل مي دهند و در اثر نيروي گرانشي شان نسبت به ديگري يك سيستم مقيد را شكل مي دهند. سيستمي كه از يك جفت ستاره تشكيل شده است و از اين پس تحت عنوان دو تايي بررسي خواهند شد."
اما در تعريف نوين از ستارگان دو تايي اصولا به سيستمي از ستارگان، دو تايي مي گويند كه در آن دو ستاره به دور يك مركز جرم معين گردش تناوبي داشته باشند.
در اين مقاله بر آنيم تا به بررسي اجمالي سيستم هاي دو تايي بپردازيم. بسياري از ستارگان آسمان در سيستم هاي دو تايي و يا چند تايي قرار دارند كه به هفت دسته اصلي تقسيم مي شوند و در ادامه به آنها مي پردازيم.

دو تايي هاي ظاهري يا نوري
 

في الواقع اين ستارگان، دو تايي هاي واقعي نيستند چرا كه ارتباط فيزيكي با يكديگر ندارند و تنها به واسطه اين كه از نظر ظاهري در يك خط ديد قرار دارند مرتبط به نظر مي رسد. اين سيستم ها پس از بررسي هاي تكميلي ناهماهنگي هاي خود را آشكار مي كنند و به زودي مشخص مي شود كه ارتباطي با يكديگر ندارند. دو تايي سهي و مئزر يك نمونه از اين گونه سيستم ها هستند كه تنها به دليل قرابت ظاهري با يكديگر به صورت سيستم دو تايي به نظرمي رسند و در واقع هيچ ارتباط فيزيكي با يكديگر ندارند. البته هنگامي كه به بررسي عميق تر از ستارگان مي پردازيم در مي يابيم كه خود مئزر يك دو تايي مرئي است لكن ارتباطي با سهي ندارند. نكته جالب توجه اين است كه وقتي دو ستاره تشكيل دهنده دو تايي مئزر را مورد بررسي طيفي قرار مي دهيم در مي يابيم كه هر يك از اين دو ستاره، خود نيز در واقع دو تايي اند (البته دو تايي طيف سنجي) و اين يافته تصويري بسيار پيچيده و البته شگف انگيز را در برابر ما قرار مي دهد.

دو تايي هاي مرئي
 

اين ستارگان به اندازه كافي به ما نزديك اند و در عين حال به قدر كافي از يكديگر دور كه ما مي توانيم به طور عادي و با بهره گيري از تكنيك هاي بصري يا روش هاي تداخل سنجي حضور آنان را در يك سيستم دريابيم، به اين سيستم دو تايي هاي مرئي مي گويند. در اين سيستم ها خط ديد ما به صفحه مداري سيستم ستاره اي زاويه دارد و لذا ما به دليل نزديكي آنها مي توانيم حركت مجزاي ستاره ها را تشخيص دهيم (البته به وسيله تلسكوپ). البته اين تشخيص ساده مستلزم آن است كه طول دوره تناوب گردش اين دو ستاره به دور هم چندان طولاني (مثلا چندين قرن) نباشد. يكي از بهترين و مشهورترين نمونه از اين ستارگان دو تايي، مزدوج شعراي يماني است. اين سيستم از يك ستاره در رشته اصلي و يك كوتوله سفيد تشكيل شده است. البته به دليل درخشندگي فوق العاده همدم جوان، كوتوله سفيد مورد بحث چندان به چشم نمي آيد. اين دو ستاره با دوره تناوب نزديك به 50 سال به دور يكديگر مي گردند.

دو تايي هاي گرفتي
 

در اين سيستم ها، دو ستاره طوري به دور يكديگر مي گردند كه به طور متناوب يكديگر را مي پوشانند و تغييرات ايجاد شده در روشنايي ظاهري كه نتيجه اين پوشش است، راه شناخت اين سيستم هاست. ويژگي مهم اين سيستم ها آن است كه ميل مداري شان نزديك به 90 درجه است و اين بدان معناست كه خط ديد تقريبا در صحنه مداري قرار دارد. لازم به ذكر است كه اين سيستم ها مي توانند طيف سنجي يا مرئي نيز باشند كه البته عمدتا طيف سنجي اند. ستاره راس الغول يا همان بتاي برساووش يكي از بهترين نمونه هاي دو تايي هاي گرفتي است.

دو تايي هاي نجوم سنجي
 

اين ستارگان دو تايي توسط تلسكوپ نيز به صورت يك ستاره واحد ديده مي شوند و امكان تفكيك آنها از اين طريق وجود ندارد، لكن حركت هاي تناوبي آنها در آسمان نشان مي دهد كه گويي به دور يك همدم نا مرئي مي گردند. البته در واقع هيچ كدام از اين دو ستاره به دور ديگري نمي گردد، بلكه هر دو به دور نقطه خاصي مي گردند كه مركز جرم سيستم نام دارد اما از آنجا كه ستاره همدم قابل مشاهده نيست در بررسي نوري اين سيستم ها در آسمان مشاهده مي شود كه يك ستاره به ظاهر تنها، در طول ساليان در جاي خود در آسمان تكان هاي خاصي مي خورد و همين امر مي تواند گواهي بر حضور يك همدم نامرئي باشد.

دو تايي هاي تماسي
 

هنگامي كه دو ستاره آن قدر به يكديگر نزديك باشند كه جو هر يك در اثر گرانش ديگري دچار برآمدگي شود اين دو تايي را نزديك يا تماسي مي نامند. در اين موارد معمولا دو ستاره با يكديگر تبادل جرم انجام مي دهند و وضعيت هاي پيچيده و متغيري را پديد مي آورند. وقوع چنين وضعيتي مستلزم آن است كه يكي از ستارگان در رشته اصلي نباشد. منظور از رشته اصلي وضعيتي است كه ستارگان در اواسط عمر خود دارند، خورشيد ما يك نمونه از ستارگاني است كه در رشته اصلي قرار دارند. در اين وضعيت مثلا يكي از ستارگان سيستم تبديل به يك غول سرخ مي شود و با رشد حجمي بسيار زياد، لبه خارجي خود را تا سر حدات ستاره همدم مي رساند. اين امر موجبات تبادل ماده در اثر نزديكي و گرانش حاصل از آن را فراهم مي آورد و موجب تحول در هر دو ستاره سيستم مي شود. يكي از نمونه هاي چنين سيستمي، ستاره دجاجه X- 1 است.

دو تايي هاي طيف سنجي
 

اين نوع از سيستم هاي دو تايي معمولا نامرئي هستند و تنها از طريق نوسانات دوره اي در خطوط طيفي شان شناخته مي شوند. در مواردي كه دو ستاره قابل تشخيص باشند با مجموعه اي از اشكال طيفي براي هر ستاره سر و كار داريم (سيستم هاي دو خط) اما در برخي از اين سيستم ها كه يكي از ستارگان كم نور است و قابل تشخيص نيست تنها يك دسته از خطوط طيفي متغير وجود نخواهد داشت (سيستم هاي يك خط). البته لازم به ذكر است كه عمدتا ما با سيستم هاي تك خط مواجه هستيم چرا كه معمولا ستاره همدم آن قدر ضعيف است كه اثر چنداني از آن در طيف مشترك مشاهده نمي شود.

دو تايي هاي طيفي
 

تفاوت اين سيستم ها با مورد قبلي آن است كه كل سيستم نامرئي است و تصاوير طيفي نيز در مسير درك حركت مداري ستاره به ما كمكي نمي كند. تنها راه تشخيص اين سيستم ها آن است كه دو طيف كاملا متفاوت بر روي يكديگر قرار مي گيرند و از اين طريق ما در مي يابيم كه اين طيف تركيبي توسط دو ستاره از يك سيستم دو تايي توليد شده است.
***
حال كه به طور اجمالي به معرفي رده هاي مختلف سيستم هاي ستاره اي دو تايي پرداختيم مي خواهيم بدانيم كه منشا اين سيستم ها كجاست و اصولا چطور اين ستارگان پيوند ابدي خود را با يكديگر شكل مي دهند.
نخستين نظريه اي كه در اين باره مطرح مي شود آن است كه ستارگان دو تايي در اثر نزديكي بيش از حد به يكديگر در دام نيروهاي گرانشي هم افتاده اند و به دور يكديگر مي گردند. اين نظريه از آنجا كه شانس اين گونه برخوردها در عالم چندان زياد نيست نمي تواند توجيه كننده اين تعداد و تنوع از سيستم هاي دو تايي باشد.
نظريه ديگر آن است كه ستارگان در چرخش هاي سريع وضعي خود، دو پاره يا چند پاره مي شوند كه اين نظريه نيز چندان استوار نيست چرا كه در هنگام چرخش هاي وضعي سريع، معمولا بخشي از ماده موجود در كمر بند استوايي ستاره از آن جدا مي شود و نه نيمي از جرم كل ستاره، در حالي كه بسياري از سيستم هاي دو تايي جرم هاي نزديك به هم دارند.
اما نظريه اي كه از تمامي موارد فوق قوي تر است بيان مي دارد كه اصولا هنگامي كه يك ابر هيدروژني به قدري متراكم مي شود كه آبستن تشكيل ستاره گردد، بيش از يك مركز را در خود شكل مي دهد و هر يك از اين مراكز به ستاره اي بدل مي شوند كه پس از تولد به دليل نزديكي با همدم خود، حركات مداري را آغاز مي كنند و سيستم هاي دو تايي را شكل مي دهند.
بر اساس يك بررسي رصدي توسط "ابت ولوي" (Abt & Levy) در سيستم هاي دو تايي كه دوره تناوب شان كوچك تر از 100 سال است معمولا جرم دو ستاره به يكديگر نزديك است اما در سيستم هايي كه دوره تناوب شان بيشتر از 100 سال است عموما جرم ستاره اصلي و همدم با يكديگر تفاوت فاحشي دارد. از اين يافته ها چنين استنباط مي شود كه در سيستم هايي با دو ستاره تقريبا هم جرم مبدا سيستم از يك توده گازي واحد بوده و شكاف واقع شده در آن موجب شكل گيري دو ستاره شبيه به هم از نظر جرم شده است لكن در دسته دوم اين سيستم ها، محل تولد هر ستاره در يك توده گازي مجزا بوده است كه پس از تولد با يكديگر جفت شده اند. البته اين نظريات هنوز به طور قطع مورد تاييد قرار نگرفته اند و نياز به بررسي هاي بيشتري وجود دارد.
بسياري از ستارگان دو تايي دوره تناوب كوتاهي دارند (يعني تقريبا هر 10 روز يك بار به دور يكديگر مي گردند) در اين نوع سيستم ها مدار دوراني سيستم به شكل دايره است و نكته جالب آن است كه حركت وضعي دو ستاره به صورتي است كه تقريبا همواره يك بخش خاص از سطح ستاره در برابر ستاره همدم قرار دارد. علتي كه براي اين مسئله مطرح مي شود آن است كه به دليل نزديكي اين ستارگان به يكديگر نيروهاي كشندي بر يكديگر وارد مي كنند كه اين نيروها اگر حتي منتج به ايجاد وضعيت فوق الذكر نشود موجب مي گردد كه قسمتي از ستاره با سرعت متفاوتي از بقيه قسمت ها حركت وضعي خود را انجام دهد.
به طور كلي مبحث ستارگان دو تايي يكي از مباحث بسيار جذاب و البته پيچيده در اختر شناسي است كه مي توان از وجوه مختلفي به بررسي آن پرداخت، از رصد و شكار دو تايي ها گرفته تا بررسي طيف تركيبي سيستم هاي نامرئي.
منبع: نشريه دانشمند- ش563