چرخه زندگی ستارگان

MacTavish · 25/3/20

مرحلۀ آغازین برای همۀ ستاره‌ها، از جمله خورشید ما، هنگامی است که یک منطقۀ متراکم در یک سحابی شروع به کوچک شدن و گرم شدن می‌کند. این اتفاق معمولا نتیجۀ یکی از چندین رویدادی است که به وقوع می‌پیوندد تا فروپاشی یک ابر مولکولی را رقم بزند.

چیزی که این اتفاق به واسطۀ آن روی می‌دهد شامل برخوردهای کهکشانی و یا انفجار ویرانگر یک ابرنواختر در فاصلۀ نزدیکی است که مادۀ گسسته را با سرعت بسیار بالایی به سوی ابرها می‌فرستد. هر کدام از رویدادها می‌توانند، ده‌ها یا هزاران ستاره را شکل دهند.

Astronomers Study Chaotically Magnetized Cloud

برای تشکیل ستاره‌ای مانند خورشید که قطرش ۱۳۹۱۰۰۰ کیلومتر است، نیاز به مجموعه‌ای از گاز و غبار صدها برابر بزرگتر از کل منظومه‌شمسی ماست و این تنها آغاز ماجراست. هنگامی که مقدار زیادی گاز و غبار به هم می‌چسبند، یک “پیش ستاره” شکل می‌گیرد. برای خورشید و ستاره‌هایی با جرم مشابه، مرحلۀ پیش ستاره‌ای پس از زمان تخمینی صد هزارسال به پایان می‌رسد. پس از آن، رشد ِ پیش ستاره متوقف می‌شود و دیسک موادی که آن را احاطه می‌کنند از طریق تابش نابود می‌شود.

چنانچه “پیش ستاره” در جذب جرم ِ کافی موفق نباشد، یک کوتوله قهوه‌ای پدید می‌آید. این اجرام کوچک، زیر ستاره‌هایی هستند که قادر به حفظ واکنش‌های همجوشی هیدروژن در هستۀ خود نیستند و این به دلیل جرم ناکافی آنهاست. رشتۀ اصلی ستارگان مشکلی با این قضیه ندارد، در حالیکه این امر موجب ِ حسادت کوتوله‌های قهوه‌ای است. به عبارت ساده‌تر یک کوتوله قهوه‌ای برای آنکه یک سیاره باشد بسیار بزرگ و برای ستاره بودن نیز بسیار کوچک است. این اجرام تا سال ۱۹۹۵ تنها یک مفهوم نظری بودند، اما اکنون این باور وجود دارد که در ازای هر ۶ ستاره یک کوتولۀ قهوه‌ای وجود دارد.

اگر یک ستاره به اندازۀ کافی عظیم باشد تا اتم‌های هیدروژن را به هلیم تبدیل کند، به مرحله‌ای همچون خورشید وارد می‌شود، که به آن ستارگان رشتۀ اصلی می‌گویند. (در اخترشناسی به منحنی‌ای در نمودار هرتسپرونگ راسل گفته می‌شود که بیشتر ستارگان در آن قرار دارند. رشته اصلی طبقه‌ای از ستارگان را شامل می‌شود که بین درخشندگی، اندازه و دمای آنها رابـ*ـطه پایداری وجود دارد و یک ستاره در میانسالی به این حالت می‌رسد.)

یک ستاره بیشتر عمر خود را در فاز رشتۀ اصلی می‌گذراند. در این مرحله همجوشی هسته‌ای هیدروژن را به هلیم تبدیل می‌کند. ستاره تنها به این دلیل پایدار است که فشار ناشی از این انرژی مانع رمبش گرانشی ستاره می‌شود. ( فروریختن یک جسم به درون بر اثر گرانش خودش، گفته می‌شود)

نمودار هرتسپرونگ راسل که رابـ*ـطه‌ای بین قدر مطلق، درخشندگی، رده‌بندی، و دمای مؤثر ستارگان را نشان می‌دهد.

به طور میانگین از هر ۱۰ ستاره، ۹ عدد از آنها در گروه ستارگان ِ رشتۀ اصلی قرار دارند. این ستاره‌ها می‌توانند یک دهم جرم خورشید ما، یا ۲۰۰ برابر جرم آن را داشته باشند. مدت زمانی که یک ستاره در مرحلۀ رشته اصلی باقی می‌ماند به اندازه آن بستگی دارد. یک ستار با جرم زیاد ممکن است مادۀ بیشتری برای سوختن داشته باشد، اما به دلیل دمای بیشتر که علتش نیروی گرانشی بیشتر است، سریع‌تر می‌سوزد. همچنین ستاره‌ای با جرم خورشید، حدود ۱۰ میلیارد سال از عمرش را در حالت عادی سپری می‌کند. اما ستاره‌ای ۱۰ برابر بزرگتر از خورشید ما تنها ۲۰۰ میلیون سال را در این مرحله سپری می‌کند و توان ِ سوختن دارد.

بعد از طی کردن فاز رشتۀ اصلی، “خورشید ما” به یک “غول سرخ” تبدیل می‌شود. یک غول سرخ، ستاره‌ای در حال مرگ است که آخرین مراحل ِ تکامل خود را طی می‌کند. در نهایت طی چند میلیارد سال خورشید به سمت ِ مرگ می‌رود و متورم می‌شود. سپس سیارات درونی، شامل ناهید، عطارد، مریخ و حتی زمین را می‌بلعد. اما نگران نباشید. ما چند میلیارد سال قبل از آن مرده‌ایم. اگر قادر باشیم که برای چند میلیارد سال دیگر زنده بمانیم، دمای سطح کرۀ زمین برای ما انسان‌ها بسیار داغ خواهد بود و مکان مناسبی برای زندگی نمی‌باشد.

پس از اینکه ستاره‌ها از طریق همجوشی هسته‌ای، تبدیل ِ هیدروژن به هلیوم را متوقف می‌کنند، گرانش کنترل را به دست می‌گیرد. در واقع اندازۀ قطر ستارگان غول‌ سرخ به ۱۰۰ میلیون تا ۱ میلیارد کیلومتر می‌رسد که ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر سایز کنونی خورشید است. در مرحلۀ بعد انرژی ِ ستاره در منطقۀ بزرگتری گسترش می‌یابد و با رسیدن به نصف ِ گرمای خورشید، خنک‌تر می‌شود. تغییر درجۀ حرارت باعث می‌شود که ستاره‌ها بیشتر به قسمت قرمز طیف نزدیک شوند؛ به همین دلیل است که به “غول سرخ” معروف هستند.

از اینجا به بعد مسیر ستاره، به اندازۀ آن بستگی دارد. بگذارید با نسخه‌ای که کمتر خشونت‌آمیز است، آغاز کنیم. ستاره‌های کوچک در رشتۀ اصلی و تا ۸ برابر جرم خورشید، به “کوتولۀ سفید” تبدیل می‌شوند. این ستارگان، بقایای ستارگان ِ قدیمی و فوق‌العاده متراکم هستند. یک قاشق چایخوری از آنها معادل یک فیل روی زمین وزن دارد که برابر با ۵.۵ تن در یک قاشق چایخوری بسیارقوی خواهد بود! شعاع یک کوتوله سفید تنها ۰.۰۱ خورشید ِ ماست، اما جرم آن تقریبا یکسان است. تخمین اینکه کوتوله سفید چه مدت در حال سرد شدن است، به اخترشناسان کمک می‌کند تا دریابند سن کیهان چقدر است.

پس از گذشت زمانی غیرقابل تصور، ده‌ها یا حتی صدها میلیارد سال یک کوتوله سفید آنقدر سرد می‌شود تا به یک کوتولۀ سیاه تبدیل می‌شود. کوتوله‌های سیاه نامرئی هستند، زیرا همان دمای تابش پس زمینه کیهانی، را دارد. به دلیل سن کیهان و آنچه که ما در مورد ِ قدیمی‌ترین ستاره‌ها می‌دانیم، هیچ کوتولۀ سیاهی وجود ندارد.

نوع دیگر ستاره که از خورشید کوچکتر است ستاره کوتوله سرخ نام دارد، این ستارگان متداول‌ترین نوع ستاره در کیهان هستند که در دسته ستاره‌های رشته اصلی جای می‌گیرند، اما آنقدر جرم کمی دارند که از ستارگانی نظیر خورشید ما نیز سرد‌ترند و دمای سطحی آنها کمتر از ۳۵۰۰ درجه کلوین است. کوتوله‌های سرخ که ستاره‌های کوتوله‌ M نیز خوانده می‌شوند، بیش از ۵٠ برابر تاریک‌تر از خورشید بوده و فقط ١٠ تا ٢٠ درصد آن جرم دارند. این اجرام کیهانی ٧٠ درصد ستارگان جهان را تشکیل می‌دهند.

اخترشناسان برآورد می‌کنند که برخی از ستارگان کوتوله سرخ تا ۱۰ تریلیون سال به سوختن ادامه خواهند داد. این ستاره‌های بسیار کوچک، تنها یک دوازدهم جرم خورشید را دارند و می‌توانند جرمی بالغ بر نصف جرم خورشید هم داشته باشند. خوشبختانه، کوتوله‌های سرخ، تنها در طول چند میلیارد سال اول زندگیشان، شعله‌های قدرتمندی ایجاد می‌‌کنند. پس از آن‌، برای باقی‌ عمر تریلیون سالۀ خود، آرام گرفته و محیطی‌ بدون تنش را در اطراف خود ایجاد می‌‌کنند.

از سوی دیگر ستاره‌ای با جرم حداقل ۸ برابر خورشید، مرگی خشونت‌بارتر و در عین حال زیباتری خواهد داشت. هنگامیکه سوخت ستارگان عظیم به پایان می‌رسد، می‌توانند یک ابرنواختر تبدیل شوند. برای آنها از بین رفتن با یک انفجار بهتر از نابودی تدریجی است. هنگامیکه ستاره‌ای بصورت ابرنواختر به زندگی خود پایان می‌دهد، ذراتش را با سرعت ۱۴۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه به فضا پرتاب می‌کند.

این انفجارها بسیاری از مواد ِ موجود در کیهان را تولید می‌کنند که شامل عناصر سنگین از جمله آهن نیز می‌شوند. این مواد به ساخته شدن بدن ما، سیاره‌مان و سایر اجزای کیهان، کمک می‌کنند. بنابراین همۀ ما بقایای این انفجارها را در بدن خود حمل می‌کنیم. همانطور که کارل سیگن اشاره می‌کند:«به معنای واقعی کلمه درست است که ما گرد و غبار ستاره‌ای هستیم.» این چرخه دوباره با نسلی جدید از ستاره‌ها آغاز می‌شود و ستاره‌های جدید از گرد و غبار ِ باقیماندۀ قبلی متولد می‌شوند.

اما این به معنای پایان راه برای بقایای ستاره نیست. بعد از انفجار ِ ابرنواختری با توجه جرمش، هستۀ ستاره به شکل یک سیاهچاله و یا یک ستاره نوترونی باقی می‌ماند. هر دوی این اجرام فوق‌العاده مخرب و وحشیانه زیبا هستند. ستارگان نوترونی مرموزند و یافتن آنها دشوار است. ممکن است تنها به اندازۀ یک شهر باشند، اما اجازه ندهید این موضوع فریبتان دهد، نباید با آنها در افتاد. این ستارگان بسیار متراکم‌ هستند: اگر جرم خورشید را بگیرید و آنرا دو برابر کنید؛ سپس به اندازۀ شهر لس‌آنجلس کوچک نمایید، تقریبا به تراکم یک ستارۀ نوترونی دست یافته‌اید. یک متر مکعب از یک ستاره نوترونی تنها اندکی کمتر از ۴۰۰ میلیارد تن وزن دارد. همۀ این چگالی باعث می‌شوند گرانش سطح ِ این نوع ستارگان، بسیار عظیم باشد.

از سوی دیگر باقیماندۀ یک ابرنواختر می‌تواند یک سیاهچاله شود. سیاهچاله‌ها به معنای واقعی کلمه فضای اطراف را به درون می‌کشند. آنها جرم عظیمی دارند که در فضای بسیار کوچکی جای گرفته‌اند و گرانش آنها به حدی زیاد است که حتی نور نیز نمی‌تواند فرار کند. برای تجسم این موضوع، اگر بخواهیم از سیارۀ زمین سیاهچاله‌ای در بیاوریم باید آن را به اندازۀ یک نخود فشرده کنیم. این اجرام مرموز و وحشتناک، می‌توانند گذشت ِ زمان را کُند کنند و یا شما را از هم بدرند.

نقطه افق رویداد سیاهچاله‌ها بدون بازگشت است، زیرا گرانش سیاهچاله به حدی زیاد است که با گذر از “افق رویداد”، هیچ چیز نمی‌تواند از چنگال آن بگریزد. هر چیزی که در مسیر سیاهچاله قرار گیرد، هرگز دوباره دیده نمی‌شود. آنها قلدر جهان هستند، اما ممکن است برای ادامۀ زندگی به آنها وابسته باشیم. برخی محققان گمان می‌کنند که سیاهچاله‌ها، باعث ایجاد عناصر می‌شوند، زیرا ماده را به ذرات زیراتمی تقسیم می‌کنند.

این “ذرات” تشکیل دهندۀ من، شما و همۀ جهانمان هستند. ما زندگی‌ خود را مدیون ستارگان هستیم. چه کوچک باشد چه بزرگ، پیر یا جوان نمی‌توانید انکار کنید که ستارگان زیباترین و شاعرانه‌ترین چیزها در کل کیهان هستند. دیگر بار که به ستارگان نگاه می‌کنید به خاطر بیاورید که چگونه که به وجود آمدند و چگونه خواهند مرد.

انجمن رمان نویسی