تبیان، دستیار زندگی

سلام بر تمام دوستان گرامی


در این قسمت در باره ستارگان  و چگونگی به وچود امدن ان مطالبی نوشته میشود امید است مورد استفاده شما دوستان قرار گیرد

سیاهچاله ها

اگر هسته باقیمانده از یک ابر نواختر جرمی بیش از 3 برابر جرم خورشید داشته باشد، هیچ نیروی شناخته شده ای نمی تواند در مقابل گرانش آن مقاومت کند. هسته آنقدر فشرده می شود که یک سیاهچاله به وجود می آید. منطقه ای در فضا با چنان گرانشی که هیچ چیز نمی تواند از نیروی آن بگریزد. سیاهچاله ها نامرئیند زیرا حتی نور نیز به دام آنها می افتد. همه مواد یک سیاهچاله در نقطه ای در مرکز آن جمع می شود. این نقطه تکینگی نام دارد و اندازه آن از ابعاد هسته یک اتم نیز کوچکتر است.
ستارگانی که جرم آنها کم است یعنی از 1/0 تا 5/0 برابر جرم خورشید، دمای سطحی معادل تقریبا 4000K دارند. درخشش آنها کمتر از 2 درصد خورشید است. این ستارگان هیدروژن درون خود را به آهستگی می سوزانند. آنها می توانند برای مدت 100 بیلیون تا 1 تریلیون سال در رشته اصلی باقی بمانند. این مدت حتی از عمر جهان که بین 10 تا 20 بیلیون سال تخمین زده می شود نیز بیشتر است، بنابراین هیچ ستاره ای در این گروه تا بحال نمرده است. ستاره شناسان تابحال ندیده اند که ستاره ای از این گروه عنصری به غیر از هیدروژن را در گدازش به کار گیرد. بنابراین اگر هم یکی از اعضای این گروه بمیرد، وارد مرحله غول سرخ نخواهد شد. در عوض آنها به طور تدریجی سرد می شوند تا اینکه به یک کوتوله سفید و سپس سیاه تبدیل گردند.
ستارگان دوتایی از دو پیش ستاره که بسیار نزدیک یکدیگرند، تشکیل می شوند. بیش از 50 درصد از ستارگانی که با چشم غیر مسلح، منفرد دیده می شوند در واقع دوتایی هستند.
یک ستاره در یک سیستم دوتایی چنانچه به اندازه کافی به جفت خود نزدیک باشد، می تواند بر زندگی آن تاثیر گذار باشد. بین این دو ستاره منطقه ای وجود دارد که به یاد ریاضیدان فرانسوی، جوزف لوییز لاگرنج (Joseph Louis Lagrange)، نقطه لاگرنج نامیده می شود. در این منقطه نیروهای گرانشی دقیقا برابرند. اگر یکی از دو ستاره بزرگ شود و لایه های آن از این نقطه بگذرد، ستاره دیگر شروع به کشیدن آن لایه ها به سطح خود می کند.

انتقال جرم در سیستم های دوتایی رخ می دهد.
در تصویر بالا مواد از ستاره ای خورشید مانند به دیسک پییرامون
یک کوتوله سفید و سپس به سطح آن کشیده می شود.
تصویراز انستیتوی دانش تلسکوپ فضایی

این فرایند که انتقال جرم نام دارد به چندین روش صورت می گیرد. اگر انتقال جرم از یک غول سرخ به ستاره همدمش که در رشته اصلی می باشد صورت گیرد، عناصری نظیر کربن و یا عناصر سنگینتر در طیف ستاره رشته اصلی نمایان می گردد. چنانچه این دو ستاره به اندازه کافی به هم نزدیک باشند، پس از تبدیل شدن غول سرخ به یک کوتوله سفید، جریان مواد برعکس می شود و مواد به سمت کوتوله سفید بر می گردند. این مواد یک دیسک داغ را اطراف کوتوله سفید تشکیل می دهند. این دیسک در نور مرئی و فرابنفش می درخشد.
اگر ستاره غول به جای کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاهچاله شود، ممکن است یک دوتایی ایکس ری شکل گیرد. در این حالت، ماده ای که از ستاره رشته اصلی منتقل می گردد، بسیار داغ می شود. هنگامیکه این ماده با سطح ستاره نوترونی برخورد می کند و یا به درون سیاهچاله کشیده می شود، اشعه ایکس ری منتشر می شود.
در حالت سوم، غول سرخ تبدیل به کوتوله سفید می شود و ستاره رشته اصلی تبدیل به غول سرخ می شود. وقتی گاز کافی از غول سرخ در سطح کوتوله سفید اندوخته شد، هسته اتمهای گاز به صورت درخشانی دچار گدازش می شود به این حالت نواختر می گویند. در برخی شرایط، به حدی گاز در کوتوله سفید جمع می شود که این ستاره فشرده و متلاشی می شود. تقریبا به طور ناگهانی کربن می سوزد و کل کوتوله سفید دچار انفجار ابر نواختر نوع یک می گردد. این نوع انفجار بسیار نورانیست به حدی که نور آن می تواند کل یک کهکشان را برای ماهها تحت الشعاع قرار دهد.تبدیل جرم به انرژی

وقتی دو هسته اتمی با هم ترکیب شوند، مقدار کمی از جرم آنها به انرژی تبدیل می شود؛ بنابراین جرم هسته جدید، از حاصلجمع جرم دو هسته ای که با هم ترکیب شدند کمتر است. آلبرت اینشتین رابطه جرم و انرژی را کشف کرده و آن را در قالب معادله E=mc2 بیان کرد. این معادله بیانگر مقدار انرژی آزاد شده از ترکیب ذرات است. E به معنای انرژی، m به معنای مقدار جرم و c سرعت نور است.
سرعت نور برابر است با 299.792 کیلومتر در ثانیه. این مقدار واقعا عدد بزرگی است و چنانچه آنرا در معادله بگذاریم متوجه می شویم که با گداختن جرم بسیار کمی از ماده، می توان انرژی مهیبی به دست آورد. برای مثال با سوخت هسته ای کامل 1 گرم ماده، 90 تریلیون ژول انرژی به دست می آید. این مقدار انرژی تقریبا برابر است با انرژی آزاد شده در انفجار 20.000 تن TNT. انرژی بمب هسته ای آمریکا که در سال 1945، در جریان جنگ جهانی دوم ، به هیروشیمای ژاپن اصابت کرد معادل انفجار 12.000 تن TNT بود.

نابودی هسته های سبک

در مرکز پیش ستاره، هنگامیکه دما به 1 میلیون K می رسد، گدازش هسته آغاز می شود. شروع این گدازش باعث تغییر و از میان رفتن هسته های سبک می شود. از جمله هسته لیتیوم 7، که شامل سه پروتون و چهار نوترون است. در فرایندی که این هسته شرکت دارد، یک هسته هیدروژن با آن ترکیب شده و هسته لیتیوم 7 را به دو قسمت تقسیم می کند. هر قسمت شامل یک هسته هلیوم 4 (دو پروتون و دو نوترون) است. به هسته هلیوم 4، ذره آلفا نیز گفته می شود.

گدازش هیدروژن

پس از نابودی هسته های سبک، پیش ستاره همچنان به انقباض خود ادامه می دهد. در نهایت، دمای هسته به حدود 10 میلیون K می رسد و در این هنگام سوختن هیدروژن آغاز می شود. با شروع گدازش هیدروژن، پیش ستاره به یک ستاره تبدیل می گردد.
در گدازش هیدروژن، چهار هسته هیدروژن با هم ترکیب شده و یک هسته هلیوم 4 را به وجود می آورند. دو شکل کلی برای انجام این عمل وجود دارد. 1) واکنش پروتون-پروتون (P-P). 2) چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن (CNO).
واکنش P-P می تواند به چندین روش شامل چهار مرحله زیر رخ دهد:
1-ترکیب دو پروتون. در این مرحله دو پروتون با هم برخورد می کنند و سپس یکی از پروتونها با آزاد کردن پوزیترون بار مثبت خود را از دست می دهد. این پروتون علاوه بر پوزیترون یک ذره خنثی به نام نوترینو نیز آزاد می نماید.
پوزیترون ضد ماده الکترون است. جرم آن دقیقا برابر با جرم الکترون می باشد اما بر خلاف الکترون دارای بار مثبت است. با آزاد شدن پوزیترون، پروتون به نوترون تبدیل می شود. در نتیجه هسته جدید حاوی یک پروتون و یک نوترون است. نام این ترکیب دوترون می باشد.
2-پوزیترون آزاد شده ممکن است با یک الکترون برخورد کند. با برخورد ماده و ضد ماده، هر دوی آنها از بین می روند و تنها چیزی که باقی می ماند دو پرتوی گاما است.
3-دوترون حاصل شده با یک پروتون دیگر تبدیل می شود و هسته هلیوم 3 شکل می گیرد. بر اثر این ترکیب نیز پرتوی گاما ایجاد می شود.
4-هسته هلیوم 3 با هسته هلیوم 3 دیگری ترکیب شده و علاوه بر تشکیل یک هسته هلیوم 4 دو پروتون نیز آزاد می شوند.
در چرخه CNO هسته کربن 12 شرکت دارد. این هسته شامل 6 پروتون و 6 نوترون است. در حین چرخه، این هسته به نیتروژن 15 (7 پروتون و 8 نوترون) و اکسیژن 15 (8 پروتون و 7 نوترون) تبدیل می شود. و در آخر چرخه این دو هسته بار دیگر به هسته کربن 12 تبدیل می گردند.

گدازش دیگر عناصر

هلیوم 4 می تواند در فرایند گدازش به کربن 12 تبدیل شود، البته به این منظور دمای مرکز باید تا حدود 100 میلیون K افزایش پیدا کرده باشد. این دمای بالا ضروریست چرا که هسته هلیوم به انرژی زیادی برای فائق آمدن بر انرژی دافعه ذرات همبار نیازمند است. هسته هلیوم دارای دو پروتون است بنابراین میزان انرژی دافعه در آن چهار برابر انرژی دافعه بین دو پروتون است.
سوخت هلیوم به سوخت سه-آلفا مشهور است چراکه این هسته با سه ذره آلفا ترکیب می شود و یک هسته کربن را ایجاد می نماید. سوخت هلیوم همچنین هسته اکسیژن 16 (8 پروتون و 8 نوترون) و نئون 20 (10 پروتون و 10 نوترون) تولید می کند.
در دمای مرکزی حدودا 600 میلیون K، کربن 12 می تواند سودیوم 23 (11 پروتون و 12 نوترون)، منیزیوم 24 (12 پروتون . 12 نوترون) و تعداد بیشتری نئون 20 تولید نماید. البته ستارگان زیادی نمی توانند به این دمای مرکزی برسند.
با تولید شدن عناصر سنگین و سنگینتر در روند گدازش هسته ای، دمای لازم برای فعل و انفعالات بیشتر، افزایش می یابد. در دمایی معادل 1 بیلیون K، اکسیژن 16 می توان سیلیکون 28 (14 پروتون و 14 نوترون)، فسفر 31 (15 پروتون و 16 نوترون) و سولفور 32 (16 پروتون و 16 نوترون) تولید نماید.
گدازش می تواند تا زمانیکه جرم هسته جدید از حاصلجمع جرم دو هسته ترکیب شده با هم کمتر است، انرژی تولید نماید. این روند تولید انرژی ادامه دارد تا زمانیکه هسته آهن 56 (26 پروتون و 30 نوترون) شروع به ترکیب شدن با هسته های دیگر می نماید. وقتی این اتفاق روی می دهد جرم هسته جدید از جرم دو هسته ترکیب شده اندکی بیشتر است. بنابراین این فرایند به جای تولید انرژی، مصرف انرژی دارد.

تکامل ستارگان

چرخه زندگی ستارگان سه الگوی کلی را دنبال می کند که به جرم آنها وابستگی دارد. 1) ستارگان پر جرم، که جرمشان از 8 برابر جرم خورشید بیشتر است. 2) ستارگان با جرم متوسط، که جرمشان از 5/0 تا 8 برابر جرم خورشید است. خود خورشید نیز در این دسته از ستارگان جای دارد.3) ستارگان با جرم کم، که جرمشان بین 1/0تا 5/0 جرم خورشید می باشد. اجرامی که جرم آنها از 1/0 جرم خورشید کمتر است هرگز به دمای مرکزی لازم برای شروع سوخت هیدروژن نمی رسند.
چرخه زندگی ستارگان منفرد از چرخه زندگی ستارگان دوتایی آسانتر است بنابراین نخست با چرخه زندگی ستارگان منفرد آغاز می کنیم. ضمنا از آنجائیکه اطلاعات ستاره شناسان درباره خورشید از هر ستاره دیگری بیشتر است لذا بحث چرخه ستارگان، از ستارگان با جرم متوسط آغاز می شود.

ستارگان با جرم متوسط

ابری که در نهایت یک ستاره با جرم متوسط را تولید می کند، حدودا 100.000 سال به انقباض ادامه می دهد تا اینکه پیش ستاره را به وجود آورد. دمای سطح چنین پیش ستاره ای حدود 4000K می باشد. درخشش آن ممکن است تنها چند برابر خورشید و یا چند هزار برابر خورشید باشد. این بستگی به جرم دارد.
ستاره تا میلیونها سال به انقباض خود ادامه می دهد. این انقباض ادامه خواهد داشت تا زمانیکه نیروی انرژیهای تولید شده در مرکز ستاره با نیروی گرانشی که باعث انقباض آن می گردد، به تعادل برسد. در این زمان، گدازش هیدروژنی در مرکز ستاره، همه انرژی آن را تولید می کند و ستاره وارد طولانی ترین دوره عمر خود که به آن رشته اصلی می گوییم، می شود.
هر ستاره ای، صرفنظر از جرم آن، که همه انرژی خود را از طریق گدازش هیدروژن در مرکز خود ایجاد کند، یک ستاره در رشته اصلی به حساب می آید.
مدت زمانیکه ستاره در این مرحله باقی می ماند به جرم آن بستگی دارد. ستارگان با جرم بیشتر، هیدروژن خود را با سرعت بیشتری می سوزانند در نتیجه زمان کمتری در این مرحله باقی می مانند. یک ستاره با جرم متوسط می تواند بیلیونها سال در این رشته باشد.

انتقال جرم در سیستم های دوتایی رخ می دهد.
در تصویر بالا مواد از ستاره ای خورشید مانند به دیسک پییرامون
یک کوتوله سفید و سپس به سطح آن کشیده می شود.
تصویراز انستیتوی دانش تلسکوپ فضایی
این فرایند که انتقال جرم نام دارد به چندین روش صورت می گیرد. اگر انتقال جرم از یک غول سرخ به ستاره همدمش که در رشته اصلی می باشد صورت گیرد، عناصری نظیر کربن و یا عناصر سنگینتر در طیف ستاره رشته اصلی نمایان می گردد. چنانچه این دو ستاره به اندازه کافی به هم نزدیک باشند، پس از تبدیل شدن غول سرخ به یک کوتوله سفید، جریان مواد برعکس می شود و مواد به سمت کوتوله سفید بر می گردند. این مواد یک دیسک داغ را اطراف کوتوله سفید تشکیل می دهند. این دیسک در نور مرئی و فرابنفش می درخشد.
اگر ستاره غول به جای کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاهچاله شود، ممکن است یک دوتایی ایکس ری شکل گیرد. در این حالت، ماده ای که از ستاره رشته اصلی منتقل می گردد، بسیار داغ می شود. هنگامیکه این ماده با سطح ستاره نوترونی برخورد می کند و یا به درون سیاهچاله کشیده می شود، اشعه ایکس ری منتشر می شود.
در حالت سوم، غول سرخ تبدیل به کوتوله سفید می شود و ستاره رشته اصلی تبدیل به غول سرخ می شود. وقتی گاز کافی از غول سرخ در سطح کوتوله سفید اندوخته شد، هسته اتمهای گاز به صورت درخشانی دچار گدازش می شود به این حالت نواختر می گویند. در برخی شرایط، به حدی گاز در کوتوله سفید جمع می شود که این ستاره فشرده و متلاشی می شود. تقریبا به طور ناگهانی کربن می سوزد و کل کوتوله سفید دچار انفجار ابر نواختر نوع یک می گردد. این نوع انفجار بسیار نورانیست به حدی که نور آن می تواند کل یک کهکشان را برای ماهها تحت الشعاع قرار دهد.