دورة حياة النجوم ( Stars )
من سحب
الغازات إلى الكتل الملتهبة والانفجارات العنيفة بحيث تكون حياة النجوم عنيفة ولا
تعرف الاستقرار فلا بد من التعرف على دورة حياة النجوم .
ما هى
النجوم ؟
النجوم كتل
هائلة من البلازما وهى الحالة الرابعة للمادة بعد الحالات الثلاث ( الصلبة /
السائلة / الغازية ) للمادة والبلازما فى النجوم نتيجة تسخين الغاز لدرجة حرارة
كبيرة تجعل الأيونات تفقد إلكتروناتها مما يولد مزيجا من الأيونات موجبة الشحنة والإلكترونات
الحرة والحجم المطلق لنسبة المادة فى أى نجم فإن أقرب نجم للأرض ( الشمس / Sun ) يحوى ( 99 % ) من كتلة المجموعة الشمسية
وتفوق كتلة الأرض أكثر من ( 300000 مرة ) .
كيف تولد
النجوم ؟
إن الفجوات
بين النجوم تحوى جزيئات من الغاز معظمها من الهيدروجين أخف العناصر والجزيئات يمكن
أن تنتشر وتدور حول النجوم إلى ما لا نهاية وتحوى بعض المناطق كميات من الغاز أكثر
من غيرها وعندما تكون السحب الجزيئية كثيفة توجد قوى جاذبية كافية لجذب جزيئات
الغاز معا فى كتل جماعية كنتيجة للحركة العشوائية وإن الموجات الاهتزازية القوية
الناجمة عن الانفجارات التى تحدث عندما تكون النجوم فى مرحلة الاحتضار التى تدفع
الجزيئات للاندماج معا لتكون النجوم الميتة فى حين أنها بذرة لمولد نجوم جديدة .
ومع زيادة
قوة الارتباط بين الجزيئات أكثر وأكثر بفعل قوة الجاذبية ترتفع درجة حرارتها فى
حالة النجوم بحيث يكون حجم الضغط كبيرا جدا إلى حد أنه يمكن أن يحول كرة كثيفة من
البلازما لمفاعل نووى يبعث كميات كبيرة من الطاقة .
من أين تأتى
قوة النجوم ؟
مع اندماج
جزيئات الغاز معا بشكل تدريجى تصبح ساخنة لتكون البلازما التى تبدأ فى التوهج وإن
كان توهجا ضعيفا جدا بالمقارنة مع الطاقة الضخمة التى تنبعث من أى نجم ومع بدء
المادة المكونة للنجم فى التكاثف ترتفع درجة الحرارة ويرتفع الضغط ويمكن أن تصل
درجة الحرارة فى قلب النجم كما يحدث مع الشمس إلى ( 10 ملايين درجة مئوية ) وفى
حالة توافر الشروط تحدث عملية الانشطار النووى وفى عملية الانشطار تتجمع العناصر
الخفيفة لتكون عناصر أكثر ثقلا وفى الظروف الطبيعية تقوم النجوم ببناء أنوية أكثر
تعقيدا من نوايا الهيدروجين وهى الأيونات التى تبقى عندما يتم نزع الهيدروجين من
الإلكترون لتكون العنصر الأكثر ثقلا ( الهليوم ) وعندما تتقارب الأيونات مع بعضها
البعض فإن القوة التى تجذبها معا ( القوة النووية القوية ) تتغلب على عوامل
التنافر الكهربى بين شحناتها الموجبة .
وتعتمد
النجوم على تأثير كمى غريب ( حفر الأنفاق ) ويشير المصطلح إلى أن الجسيمات الكمية
كالأيونات تستطيع المرور عبر حاجز تنافرى كما لو كان الحاجز غير موجود لتتقارب
الذرات فيما بينها بشكل يسهل الاندماج وهى فكرة التأثير المدمر للقنبلة
الهيدروجينية الإندماجية .
وتحصل
النجوم على بعض من الطاقة فى صورة حرارة والبعض الآخر فى صورة ضوء لذلك تبدأ
فوتونات الضوء تجد طريقها خارج الكتلة الضخمة للنجوم ولكن يصبح من السهل بالنسبة
للفوتونات أن يمتصها جزء آخر من البلازما ليعيد إطلاقها فيما بعد .
والقاعدة
العامة أن النجوم تبعث قدرا هائلا من الطاقة فالشمس تطلق فى الدقيقة الواحدة
( 400 مليار
مليار ميجاوات ) من الطاقة تتجه منها ( 89 مليار ميجاوات ) إلى الأرض .
هل الشمس
نجم ؟
تبدو الشمس
مختلفة عن البقع السوداء الظاهرة فى السماء ليلا بسبب المسافة حيث إن أقرب نجم إلى
الأرض بعد الشمس ( بروكسيما سنتاورى ) يبعد عن الأرض مسافة تزيد ربع مليون ضعف بعد
الأرض عن الشمس ( 93 مليون كم ) فإنها تختلف فى اللون ودرجة التوهج عن بعضها البعض
.
والشمس نجم
قزمى أصفر ولأن الشمس ليست صفراء ولا نجما قزميا حيث إنها بيضاء اللون لكنها تظهر
صفراء اللون بسبب انكسار النهايات الأكثر زرقة من الضوء المنبعث عنها بفعل الغلاف
الجوى للأرض مما يعطى السماء لونها الأزرق .
ويستخدم
مصطلح ( النجم القزمى ) للتفرقة بين النجوم الصغيرة نسبيا كالشمس وبين النجوم
العملاقة وتحتل الشمس المركز الأول بين أكثر من ( 10 % ) من النجوم بعثا للضوء فى
مجرة
( درب
التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way ) وتعتبر الشمس نجما تسلسليا رئيسيا ويشير
المصطلح إلى وسط رسم توضيحى يعرض ( جدول هيرزبرونج روسيل ) وتصنف النجوم الموجودة
فى وسط التسلسل الرئيسى كنجوم قزمية يتراوح لونها من الأزرق إلى الأصفر ويشار
إليها بحروف لتوضيح مكانها فى التسلسل ويرمز إليها بحروف للدلالة على أكثرها
وأقلها حرارة وتقع الشمس فى منتصف الجدول .
ماذا يحدث
إذا نفد الهيدروجين من الشمس ؟
إذا كان أى
نجم كالشمس يقوم بتحويل الهيدروجين إلى هليوم فإنه يصبح أكثر حرارة والسبب إلى أن
الهليوم يحتاج مساحة أقل مما يسمح لقلب الشمس بالتقارب بين مكوناته وتوليد حرارة
أكبر مما يجعل الشمس تتحرك لمكان أعلى فى الجدول التسلسلى فالشمس موجودة منذ
( 4.5 مليار
سنة ) وخلال الفترة زاد توهج الشمس بمقدار ( 30 % ) وسوف تظل الشمس بين أكثر
النجوم توهجا إلى ( 10 مليار سنة ) قادمة وسوف تحتاج ( 2 مليار سنة ) كى ترتفع
فيها درجة حرارة الشمس لدرجة تجعل الأرض غير صالحة لحياة الإنسان فوقها .
وعندما تنضب
نسبة كبيرة من الهيدروجين فى قلب الشمس فإن الشمس تتحول إلى لون أحمر ضارب إلى
البرتقالى أو برتقالى ضارب إلى الأحمر ( العملاق الأحمر ) ويزيد حجمها 200 مرة عن
حجمها الحالى .
وتحدث
العملية لأن غياب الهيدروجين يجعل قلب الشمس ينتفخ وينهار ويولد كمية كبيرة من
الطاقة فتتضخم الحدود الخارجية للنجوم وتظل الشمس معتمدة على اندماج ذرات
الهيدروجين ولكن الاندماج يتوزع على مساحة كبيرة فتنخفض درجة حرارة سطح الشمس
ويصبح لونها أكثر حمرة لمليار سنة .
وعندما ينضب
معظم الهيدروجين فى قلب الشمس سوف تصل لدرجة يحدث معها اندماج الهليوم بسرعة كبيرة
فى عملية ( وميض الهليوم ) وفى هذه الحالة سوف يتحول ( 10 % ) من الهليوم إلى
كربون ورغم إطلاق الوميض على العملية وما ينطلق منها من كميات كبيرة من الطاقة
فإنها لن تكون مرئية ولن يخرج الضوء الناتج عنها من الشمس .
وعلى مدى (
100 مليون سنة ) قادمة سوف تقوم الشمس بإحراق باقى الهليوم مع سلسلة من الاهتزازات
والانفجارات المتقطعة مع انهيار قلب الشمس مرة أخرى وتصل لدرجة تنفجر معها معظم
الطبقات الخارجية للشمس والطبقات الخارجية للشمس تكون بدورها سحابة متوهجة من
الغاز ( النيبولا الكوكبية ) أو السديم الكوكبى ( Planetary
nebula ) حول ما
تبقى من الشمس وسوف يكون قلب الشمس الباقى أكثر حرارة من سطحها بما يفتح المجال
لنشأة نجم أبيض مصغر أو ( قزم أبيض مصغر ) فى حجم كوكب الأرض ( Earth ) فى قلب السديم
( القزم
الأبيض ) وعند الوصول لهذه المرحلة يتوقف الاندماج النووى فى النجوم وتنطفىء
الكواكب ( Planets ) على مدى
مليارات السنين ليصبح القزم الأبيض ثقبا أسود لا يكاد ينبعث منه أى ضوء وتكون
جاذبيتة شديدة جدا وكثافته عالية بحيث لا تستطيع المادة ولا الضوء الافلات من
جاذبيته وتمر المادة والضوء عبر أفق الحدث لمركز أو قلب الثقب الأسود حيث يتوقف
الزمن ويسود الصمت والسكون القاتل .
ولأن الكون
قصير العمر نسبيا ولم يمض على نشأته الفترة اللازمة لنشأة قزم أبيض وتحوله لثقب
أسود .
ماذا يحدث
للنجوم التى يفوق حجمها حجم الشمس ؟
إن النجوم
الأكبر والأكثر توهجا من الشمس التى تندرج تحت التصنيف التسلسلى ( O ) أو الأكبر التى تندرج تحت التصنيف ( B ) لتتخذ مسارا مختلفا عن الشمس فى نموها
وتطورها فالنجوم التى يصل حجم بعضها إلى ( 10 أضعاف ) حجم الشمس أو أكثر تكون دورة
حياتها قصيرة جدا لا تزيد على عشرات الألوف من السنين أو الملايين والسبب أن
جاذبيتها الكبيرة التى تتفق مع حجمها تجعلها تحرق الهيدروجين الموجود فى قلبها
بسرعة ضخمة فتتمدد لتكون نجوما حمراء فائقة العملقة ( Super
Giants ) وفى هذه
الحالة يبدأ الهليوم الموجود داخلها فى الانكماش والاندماج مع نفاد الهيدروجين من
قلب النجوم ولا تؤدى العملية إلى تكوين الكربون فحسب بل تؤدى لتكوين عناصر ثقيلة
كالحديد الذى يعتبر نهائيا للاندماج النووى وعندما تنهار القلوب الحديدية للنجوم
يحدث انفجارا ضخما ( السوبرنوفا ) .
هل يمكن رصد
انفجارات السوبرنوفا على الأرض ؟
تنتج السوبرنوفا
موجات شديدة القوة من الإضاءة مما يعنى أن النجوم الذى يتعذر رؤيته من الأرض بسبب
بعده الشديد عن الأرض يمكن مشاهدته بفضل الموجات القوية من الإضاءة رغم تواضع
إمكانيات الرصد فى الأرض فيظهر وكأن نجما جديدا قد تكون فى السماء لكنها تشاهد
لفترة بسيطة حتى فى النهار .
وتزيد قوة
السوبرنوفا كنتيجة لجذب دوامات من الحطام المجرى ( السديم / Nebula ) وأشهر سديم معروف ( سديم الشبوط / Crab
nebula ) الذى
يعتبر من بقايا السوبرنوفا والذى وقع عام ( 1054 م ) وتم رصده فى الصين باستخدام
التلسكوبات الإلكترونية والحديثة بحيث أمكن الوصول لسوبرنوفا أخرى فى مجرات أخرى
غير مجرة ( درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way ) .
ولما كانت
بعض أنماط السوبرنوفا تتشابه فى درجة لمعانها فإنها تستخدم كشموع معيارية
( Standard
Candles ) لقياس المسافة
بين المجرات وإلى مجرة الطريق اللبنى .
ماذا بعد
السوبرنوفا ؟
خلال
السوبرنوفا تنفجر الطبقات الخارجية للنجوم وتنفصل عنه بفعل الضغوط التى تزيد قوتها
لدرجة تساعد على تكون معادن ذات ذرات أثقل من الحديد كالنحاس والذهب ومع استمرار
القلب الداخلى للنجوم فى الانهيار يبدأ تكوين شىء من ( 2 ) حسب حجم النجوم فقد
تتكون نجوم نيترونية وهو مصطلح يشير لنجوم مرتفعة الكثافة مكونة من الجسيمات
النيوترونية .
2 ) تتكون
الثقوب السوداء بعد أن تصبح عملية الانهيار غير قابلة للتوقف وتتمدد نهايات النجوم
لنقطة اللابعد ( Dimensionless ) والتى تصبح معها قوة الجذب عالية القوة لحد لا يسمح حتى بهروب
الضوء .
هل نستطيع
رؤية المراحل المتعددة لحياة النجوم ليلا ؟
يمكن مشاهدة
معظم أنواع النجوم ليلا ما عدا الثقوب السوداء وتعتبر النجوم القزمية أكثر أنواع
النجوم شيوعا فى مجرة الطريق اللبنى وتوجد نجوم حمراء عملاقة كنجم ( الدباران )
الموجود فى مجرة ( تاوروس ) وتوجد نجوم فائقة العملقة كنجم ( ريجل ) الموجود فى
مجرة أوريون .
ولا يمكن
رؤية النجوم النيوترونية والثقوب السوداء مباشرة ولكن نستطيع رؤية آثارها فإن
النجوم النيوترونية تدور بسرعة وتطلق إشعاعات ترى كمصادر للبرق كالنجوم النابضة
( Pulsars ) .
ويمكن
استنساخ وجود الثقوب السوداء من تأثيرها على المواد المحيطة بها حيث تطلق إشعاعات
مع اتجاهها نحو النجوم المنهارة وأكثر النجوم صعوبة فى رصدها ( النجوم القزمية
البنية اللون ) الواقعة بين الكواكب الغازية الضخمة كالمشترى / Jupiter وبين النجوم الضخمة فالنجوم لا تكون ضخمة
بما فيه الكفاية لتحفيز الاندماج الهيدروجينى فتكون أضواؤها باهتة بسبب التسخين
الناتج عن الانكماش .
رسم تخطيطى
لدورة حياة النجوم :
عندما قارن
علماء الفلك بين درجة لمعان النجوم ودرجة الحرارة فوق سطحها فلقد قسموا النجوم
لمجموعات وبتأمل الرسم التوضيحى نجد العديد من النجوم كالشمس تقع فى منحنى يمتد
بشكل انحرافى عبر منتصف التسلسل الرئيسى أما النجوم العملاقة وفائقة العملقة فتقع
قى مكان بعيد فى أعلى يمين التسلسل الرئيسى بينما تقع النجوم الباهتة والبيضاء
والزرقاء إلى الأسفل فى الشمال والتسلسل الرئيسى عبارة عن تصوير جرافيكى لحياة
النجوم حيث تقضى معظم النجوم فترة طويلة فى التسلسل الرئيسى حيث يتم فى قلبها
الاندماج الهيدروجينى فتتجه لأعلى يسار التسلسل الرئيسى مع زيادة درجة الحرارة فوق
سطحها وبعد فترة من التشوش الأولى عندما كان العلماء يفترضون أن حجم النجوم يتناقص
بمرور الوقت ولقد أدرك العلماء وجود جزر فوق التسلسل الرئيسى وتحته بسبب خروج بعض
النجوم من التسلسل الرئيسى .
الأسئلة :
س 1 ) ما هى
الشروط التى تجعل تكوين النجوم محتملا ؟
ج 1 ) كان
الكون نشطا بشكل كبير لدرجة لا تسمح بتكوين النجوم لكن مع تمدد الكون وتوسعه
وتبريده أصبح من الممكن أن تساعد الجاذبية فى تكوين كتل أو سحب ضخمة من الغاز
الكونى لتتحول بدورها إلى نجوم .
وتشير بعض
المعلومات الواردة من القمر الصناعى الأوروبى ( بلانك ) إلى إمكانية أن تكون
الظروف أصبحت ملائمة لتكون النجوم بعد نصف مليون سنة من الانفجار الكبير Big
Bang ويمكن أن
تقدم التلسكوبات الفضائية وأجهزة الرصد الإلكترونية باستخدام الموجات متناهية
القصر ( الميكروويف ) مزيدا من الإجابات فى المستقبل .
س 2 ) ما هى
آليات السوبرنوفا ؟
ج 2 ) رغم
وجود نظريات حول آليات عمل السوبرنوفا فلا تقدم آى منها دليلا قاطعا يثبت صحتها
فنجد النجوم النيوترونية تسبب انفجارات السوبر نوفا وهى تتحرك على سرعات كبيرة لكن
لا يوجد تفسير واضح للسبب الذى يجعلها تفضل اتجاها واحدا دون سواه وتأتى بعض
المعلومات من المراصد الإلكترونية التى تضم تلسكوبات تستخدم الأشعة السينية وأشعة
جاما التى توفر معلومات مفيدة بشكل مستمر عن الانفجارات المجرية القوية .
س 3 ) هل
هناك عناصر ثقيلة فى النجوم ؟
ج 3 ) تصنف
النجوم على أنها غنية بالمعادن الثقيلة ( Population 1 ) أو أنها فقيرة فى المعادن الثقيلة ( Population
11 ) وعادة ما
تحوى النجوم الأكثر عمرا الفقيرة فى المعادن الثقيلة معادن ثقيلة أقل مما تحويه
النجوم الغنية بالمعادن الأقل عمرا والتى تكونت من غازات مخصبة بعناصر ثقيلة من
السوبرنوفا .
فإن نماذج
الكمبيوتر تشير إلى إمكانية وجود نجوم ضخمة غنية بالمعادن تندرج تحت تصنيف
( Population
111 ) تتكون من
الهيدروجين والهليوم تكونت فى أعقاب الانفجار الكبير
( Big
Bang ) وهذا
النوع من النجوم لم يمكن رصده بعد لكن من المتوقع أن يصبح رصده ممكنا بعد تشغيل
التلسكوب الفضائى ( جيمس ويب ) عام ( 2018 ) .
الشرح
المبسط لدورة حياة النجوم :
1 ) ولادة
النجوم :
تولد النجوم
عندما تتجاذب سحب الغاز الضخمة لبعضها البعض بفعل الجاذبية مع انضغاط جسيمات الغاز
واقترابها من بعضها البعض وترتفع درجة حرارتها ويجعلها تندمج مع بعضها البعض لتشع
حرارة وضوء شديدين بفعل الاندماج النووى فتصبح السحب نجوما .
2 ) النجوم
أجسام غير مستقرة :
النجوم
أجسام غير مستقرة وليست كلها على نمط واحد فهى تختلف فى الحجم واللمعان واللون
وأنها تتغير بمرور الوقت وعندما ينفد ما فى قلبها من الوقود الهيدروجينى تندمج
فيما بينها لتكون النجوم العملاقة .
3 ) كل
شىء لا بد أن ينتهى :
لا تدوم
مراحل النجوم العملاقة للأبد فمن المحتمل أن تنفجر النجوم متوسطة الحجم والتى
تتحول لنجوم عملاقة من الداخل فيفقد غلافه الخارجى كسحب غاز لتخلف من بعدها نجوما
قزميا صغيرا أبيض اللون أما النجوم الأكثر عملقة فتشهد انفجارات أقوى ( السوبرنوفا
) تولد عناصر ثقيلة وتترك خلفها نجوما نيوترونيا أو ثقوبا سوداء .
المصطلحات :
1 ) القلب
( CORE ) :
هو قلب
النجم الذى يتميز بالارتفاع الرهيب فى درجة الحرارة والضغط ويتم فيه معظم عمليات
الاندماج النووى .
2 ) الأيون
( ION ) :
الذرة التى
تفقد أو تكتسب إلكتروناتها مما يكسبها شحنات كهربية وتتكون النجوم من الأيونات .
3 ) السديم
( NEBULA ) :
تكوين غير
مستقر فى السماء وتعنى السحابة وهى كلمة تشير إلى كل شىء يمكن أن ينتشر بما فيها
المجرات لكنها أصبحت تشير لسحب الغاز والغبار الكونيين .
4 ) الأنفاق
الكمية ( QUANTUM TUNNELLING ) :
تتحرك
الجزيئات المكونة للمادة والضوء بشكل يختلف عن الجزيئات بحيث لا يكون لها موقع
محدد مما يجعل من الممكن ظهورها على الجانب الآخر من حاجز ما دون الحاجة للمرور
بها .
5 ) الشموع
المعيارية ( STANDARD CANDLE ) :
نوع من
النجوم أو السوبرنوفا التى تستخدم لقياس المسافات فى الفضاء الخارجى
( Outer
Space ) وكلما
أصبحت صغيرة كانت المسافات أبعد .
6 ) القوة
القوية ( Strong Force ) :
تعتبر واحدة
من القوى الخمس الأساسية فى الطبيعة وهى مسئولة عن التجاذب بين الجسيمات وهى قصيرة
المدى لحد كبير ويجب أن تتقارب الجسيمات فيما بينها إلى أقصى حد ممكن حتى يظهر
تأثيرها . ترجمة / هشام عبد الرؤوف تنقيح
/ أسامة ممدوح 10 / 3 / 2018
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق