النجوم هي بعض اللبنات الأساسية للكون. فهي لا تشكل المجرات فحسب ، بل تضم أيضًا العديد من الأنظمة الكوكبية. لذا ، فإن فهم تكوينها وتطورها يعطي أدلة مهمة لفهم المجرات والكواكب.
تعطينا الشمس مثالاً من الدرجة الأولى للدراسة ، هنا في نظامنا الشمسي. إنه على بعد ثمانية دقائق ضوئية فقط ، لذا لا يتعين علينا الانتظار طويلًا لرؤية الميزات على سطحه. لدى الفلكيين عدد من الأقمار الصناعية التي تدرس الشمس ، وقد عرفوا لفترة طويلة عن أساسيات حياتها. لسبب واحد ، أنها في منتصف العمر ، ومباشرة في منتصف فترة حياتها تسمى "التسلسل الرئيسي". خلال ذلك الوقت ، يدمج الهيدروجين في قلبه لصنع الهليوم.
طوال تاريخها ، بدت الشمس متشابهة إلى حد كبير. بالنسبة لنا ، لقد كان دائمًا هذا الشيء المتوهج والأبيض المصفر في السماء. لا يبدو أنه يتغير ، على الأقل بالنسبة لنا. هذا لأنه يعيش على مقياس زمني مختلف تمامًا عن البشر. ومع ذلك ، فإنه يتغير ، ولكن بطريقة بطيئة جدًا مقارنة بالسرعة التي نعيش بها حياتنا القصيرة والسريعة. إذا نظرنا إلى حياة النجم على نطاق عمر الكون (حوالي 13.7 مليار سنة) ، فإن الشمس والنجوم الأخرى تعيش جميعًا حياة طبيعية جدًا. أي أنهم يولدون ويعيشون ويتطورون ثم يموتون على مدى عشرات الملايين أو مليارات السنين.
لفهم كيفية تطور النجوم ، يجب على الفلكيين معرفة أنواع النجوم الموجودة ولماذا تختلف عن بعضها البعض في طرق مهمة. تتمثل إحدى الخطوات في "فرز" النجوم في صناديق مختلفة ، تمامًا كما قد يقوم الأشخاص بفرز العملات المعدنية أو الرخام. يطلق عليه "التصنيف النجمي" ويلعب دورًا كبيرًا في فهم كيفية عمل النجوم.
تصنيف النجوم
يقوم الفلكيون بتصنيف النجوم في سلسلة من "الصناديق" باستخدام هذه الخصائص: درجة الحرارة والكتلة والتركيب الكيميائي وما إلى ذلك. بناءً على درجة الحرارة والسطوع (السطوع) والكتلة والكيمياء ، صنفت الشمس على أنها في منتصف العمر نجمة أي في فترة من حياتها تسمى "التسلسل الرئيسي".
تقريبا كل النجوم تقضي معظم حياتها في هذا التسلسل الرئيسي حتى يموتوا. بلطف أحيانًا ، وأحيانًا بعنف.
كل شيء عن الانصهار
التعريف الأساسي لما يجعل نجم التسلسل الرئيسي هو هذا: إنه نجم يدمج الهيدروجين مع الهليوم في قلبه. الهيدروجين هو اللبنة الأساسية للنجوم. ثم يستخدمونها لإنشاء عناصر أخرى.
عندما يتشكل النجم ، يفعل ذلك لأن سحابة من غاز الهيدروجين تبدأ في الانكماش (تجتمع معًا) تحت قوة الجاذبية. وهذا يخلق بروتوستار كثيف وساخن في وسط السحابة. يصبح جوهر النجم.
تصل كثافة القلب إلى نقطة تكون فيها درجة الحرارة على الأقل من 8 إلى 10 مليون درجة مئوية. تضغط الطبقات الخارجية للبروستار على القلب. يبدأ هذا المزيج من درجة الحرارة والضغط عملية تسمى الاندماج النووي. هذه هي النقطة عندما يولد نجم. يستقر النجم ويصل إلى حالة تسمى "التوازن الهيدروستاتيكي" ، وهو عندما يكون الإشعاع الخارجي تتم موازنة ضغط القلب من قوى الجاذبية الهائلة للنجم التي تحاول الانهيار بحد ذاتها. عندما يتم استيفاء جميع هذه الظروف ، يكون النجم "على التسلسل الرئيسي" ويستمر في حياته ويجعل الهيدروجين في الهيليوم في قلبه مشغولاً.
كل شيء عن القداس
تلعب الكتلة دورًا مهمًا في تحديد الخصائص الفيزيائية لنجم معين. كما يعطي أدلة على طول عمر النجم وكيف سيموت. أكبر من كتلة النجم ، كلما زاد ضغط الجاذبية الذي يحاول انهيار النجم. من أجل محاربة هذا الضغط الأكبر ، يحتاج النجم إلى نسبة عالية من الاندماج. كلما زادت كتلة النجم ، كلما زاد الضغط في القلب ، كلما ارتفعت درجة الحرارة وبالتالي زاد معدل الاندماج. يحدد ذلك مدى سرعة استهلاك النجم للوقود.
النجم الضخم سيدمج احتياطيات الهيدروجين بشكل أسرع. هذا يأخذها من التسلسل الرئيسي بسرعة أكبر من نجم أقل كتلة ، والذي يستخدم وقوده بشكل أبطأ.
ترك التسلسل الرئيسي
عندما تنفد النجوم من الهيدروجين ، تبدأ في دمج الهيليوم في نوىها. هذا عندما يتركون التسلسل الرئيسي. تصبح النجوم عالية الكتلة العمالقة الحمراء، ثم تتطور لتصبح العمالقة الزرقاء. إنها تدمج الهيليوم في الكربون والأكسجين. ثم ، يبدأ في دمجها في النيون وهكذا. في الأساس ، يصبح النجم مصنعًا للإنشاء الكيميائي ، مع حدوث الانصهار ليس فقط في القلب ، ولكن في الطبقات المحيطة بالنواة.
في النهاية ، يحاول نجم عالي الكتلة أن يدمج الحديد. هذه هي قبلة الموت لذلك النجم. لماذا ا؟ لأن دمج الحديد يتطلب طاقة أكثر من النجم المتاح. توقف مصنع الانصهار ميتا في مساراته. عندما يحدث ذلك ، تنهار الطبقات الخارجية للنجم على القلب. يحدث ذلك بسرعة كبيرة. تقع الحواف الخارجية للنواة أولاً ، بسرعة مذهلة تبلغ حوالي 70000 متر في الثانية. عندما يصطدم ذلك بالنواة الحديدية ، يبدأ كل شيء في الارتداد للخارج ، وهذا يخلق موجة صدمة تمر عبر النجم في غضون ساعات قليلة. في هذه العملية ، يتم إنشاء عناصر جديدة أثقل بينما تمر جبهة الصدمة عبر مادة النجم.
هذا ما يسمى بالمستعر الأعظم "الانهيار الأساسي". في النهاية ، تنفجر الطبقات الخارجية إلى الفضاء ، وما تبقى هو النواة المنهارة ، التي تصبح النجم النيوتروني أو الثقب الأسود.
عندما تغادر النجوم الأقل كتلة التسلسل الرئيسي
النجوم التي تتراوح كتلتها بين نصف كتلة شمسية (أي نصف كتلة الشمس) وحوالي ثماني كتل شمسية ستدمج الهيدروجين في الهيليوم حتى يتم استهلاك الوقود. عند هذه النقطة ، يصبح النجم عملاقًا أحمر. يبدأ النجم في دمج الهيليوم في الكربون ، وتتوسع الطبقات الخارجية لتحويل النجم إلى عملاق أصفر نابض.
عندما يتم دمج معظم الهيليوم ، يصبح النجم عملاقًا أحمر مرة أخرى ، حتى أكبر من ذي قبل. تتوسع الطبقات الخارجية للنجم إلى الفضاء ، مما يخلق أ السديم الكوكبي. سيتم ترك قلب الكربون والأكسجين في شكل قزم ابيض.
ستشكل النجوم الأصغر من 0.5 كتلة شمسية أيضًا أقزامًا بيضاء ، لكنها لن تكون قادرة على دمج الهيليوم بسبب نقص الضغط في القلب من حجمها الصغير. لذلك تُعرف هذه النجوم بالأقزام البيضاء الهليوم. مثل النجوم النيوترونية ، والثقوب السوداء ، والعملاق الفائق ، لم تعد تنتمي إلى التسلسل الرئيسي.