پایان زندگی یک ستاره[1]: وقتی سوخت هستهای[2] ستاره تمام میشود
ستارهها چگونه میمیرند؟ نقش تعیینکننده جرم
کلید فهمیدن سرنوشت یک ستاره، دانستن جرم آن است. جرم یک ستاره تعیین میکند که فشار و دمای هستهاش چقدر است و چه نوع سوخت هستهای را میتواند بسوزاند. میتوانیم ستارهها را بر اساس جرمشان به سه دسته اصلی تقسیم کنیم. فکر کنید مثل سه نوع خودرو هستید: یک ماشین شهری کوچک، یک خودروی شاسیبلند و یک کامیون بزرگ سنگین. هر کدام سوخت متفاوتی مصرف میکنند و پایان کارشان هم فرق دارد.
| دسته ستاره (بر اساس جرم) | مثال (ستارههای شناخته شده) | سرنوشت نهایی | توضیح ساده |
|---|---|---|---|
| ستارههای کمجرم | خورشید | کوتوله سفید | هستهای فشرده و داغ از کربن و اکسیژن که به آرومی سرد میشود. |
| ستارههای جرم متوسط (پر جرم) | ستارهای مثل ابطالجوزا[7] | انفجار ابرنواختر[8] سپس ستاره نوترونی | انفجار مهیب و تشکیل هستهای فوقفشرده از ذرات نوترون. |
| ستارههای فوقسنگین | ستارههای بسیار بزرگتر از خورشید | سیاهچاله | هسته آنقدر فشرده میشود که حتی نور هم نمیتواند از گرانش[9] آن فرار کند. |
مراحل پایانی خورشید ما: از غول سرخ تا کوتوله سفید
بیایید سرنوشت ستاره خودمان، خورشید، را قدمبهقدم دنبال کنیم. خورشید الان در میانه عمرش است و هیدروژن را به هلیوم تبدیل میکند.
- تمام شدن هیدروژن هسته: حدود 5 میلیارد سال دیگر، سوخت هیدروژن در مرکز خورشید تمام میشود. هسته شروع به جمعشدن و داغتر شدن میکند.
- تبدیل به غول سرخ[10]: لایههای بیرونی خورشید به شدت منبسط میشوند. خورشید آنقدر بزرگ میشود که ممکن است مدار سیاره عطارد و زهره را ببلعد و حتی به زمین نزدیک شود! در این مرحله، خورشید ما یک غول سرخ خواهد بود.
- سوزاندن هلیوم: دمای هسته آنقدر بالا میرود که شروع به سوزاندن هلیوم و تولید کربن و اکسیژن میکند.
- رها کردن سحابی سیارهنما[11]: لایههای گازی بیرونی به آرامی از ستاره جدا شده و به فضای اطراف پخش میشوند. این ابر زیبا و رنگی، سحابی سیارهنما نام دارد.
- تشکیل کوتوله سفید: آنچه باقی میماند، هستهای داغ و فوقالعاده فشرده به اندازه زمین است! این هسته دیگر واکنش هستهای ندارد و فقط حرارت ذخیره شده دارد که در طی میلیاردها سال سرد میشود و به کوتوله سیاه تبدیل میگردد.
مرگ ستارههای بزرگ: انفجارهای غولآسا و تولد مواد جدید
ستارههایی که جرمی بیش از 8 برابر خورشید ما دارند، پایان زندگی بسیار پرحرارت و انفجاری دارند. این ستارهها مانند کارخانههای عظیم هستهای عمل میکنند و عناصر سنگینتر را لایهلایه میسازند: هیدروژن میسوزد و هلیوم میسازد، هلیوم میسوزد و کربن میسازد و همین طور تا رسیدن به آهن[12] در هسته. آهن مانند خاکستر سوختن است و دیگر انرژی تولید نمیکند.
وقتی هسته آهنی به جرم بحرانی برسد، تحت وزن لایههای بالایی در کسری از ثانیه روی خود فرو میریزد. این فروپاشی با یک انفجار عظیم به نام ابرنواختر همراه است که برای مدت کوتاهی میتواند از نور یک کهکشان کامل هم درخشانتر باشد! این انفجار است که عناصر سنگین مثل طلا، نقره، سرب و اورانیوم را میسازد و آنها را در فضای میان ستارهای پخش میکند. پس میتوان گفت: ما از خاکستر ستارهها ساخته شدهایم!
ستارههای مرده در زندگی روزمره ما
شاید فکر کنید این پدیدههای دور فقط متعلق به کتابهای نجوم هستند. اما اثرات آنها را میتوانیم در اطراف خود ببینیم:
- طلای دستبند شما: همانطور که گفتیم، طلا در انفجار ابرنواختری یک ستاره پرجرم متولد شده است. پس زیورآلات شما در واقع گنجینهای از بقایای یک ستاره مرده هستند!
- تشخیص بیماری با PET Scan: در پزشکی از برخی ایزوتوپهای پرتوزا برای تصویربرداری استفاده میشود. بسیاری از این مواد، مانند ^{18}F (فلور-18)، در فضا و در فرآیندهای مرتبط با مرگ ستارهها ساخته شدهاند.
- کربن بدن ما: اتمهای کربنی که بخش اصلی بدن ما را تشکیل میدهند، در هسته ستارههای کمجرمی مانند خورشید (البته نه لزوماً خورشید خودمان) ساخته شدهاند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. خورشید به شکل یک «کوتوله سفید» باقی خواهد ماند. این کوتوله سفید جسمی بسیار داغ و فشرده است که به آرومی، در طی میلیاردها سال، حرارت خود را از دست داده و سرد میشود. در نهایت به جرم سرد و تاریکی تبدیل میشود که دیگر نوری از خود ساطع نمیکند، اما از نظر فیزیکی وجود خواهد داشت.
بله، اگر یک ستاره نزدیک به ما (در فاصله چند ده سال نوری) منفجر شود، میتوانیم آن را حتی در روز هم به صورت یک نقطه بسیار درخشان در آسمان ببینیم. با این حال، برای اینکه خطری برای زمین ایجاد کند، باید خیلی نزدیک باشد. خوشبختانه ستارههایی که در همسایگی کیهانی ما هستند و در آینده نزدیک ممکن است منفجر شوند، آنقدر دورند که فقط یک نمایش نورانی بیخطر برای ما خواهند بود.
سیاهچاله آخرین مرحله برای سنگینترین ستارههاست. وقتی هسته یک ستاره فوقسنگین پس از انفجار ابرنواختر فرو میریزد، هیچ نیرویی نمیتواند در برابر فشار گرانشی آن مقاومت کند. ماده آنقدر فشرده میشود که در نقطهای به نام «تکینگی» جمع میشود. گرانش در اطراف این نقطه آنقدر قوی است که حتی نور هم نمیتواند از آن بگریزد. مرز این ناحیه بدون بازگشت را «افق رویداد»[13] مینامند.
پاورقی
[1] ستاره (Star): گوی عظیم و درخشانی از پلاسما که در هسته خود واکنشهای همجوشی هستهای انجام میدهد.
[2] سوخت هستهای (Nuclear Fuel): در ستارهها معمولاً اشاره به هیدروژن و هلیوم دارد که در فرآیند همجوشی به عناصر سنگینتر تبدیل میشوند.
[3] جرم (Mass): مقدار ماده تشکیلدهنده یک جسم.
[4] کوتوله سفید (White Dwarf): بقایای فشرده و داغ یک ستاره کمجرم که دیگر واکنش هستهای در آن رخ نمیدهد.
[5] ستاره نوترونی (Neutron Star): هسته فوقفشرده باقیمانده از انفجار ابرنواختر یک ستاره پرجرم، که تقریباً از ذرات نوترون تشکیل شده است.
[6] سیاهچاله (Black Hole): ناحیهای از فضا-زمان با گرانشی آنچنان شدید که هیچ چیز، حتی نور، نمیتواند از آن بگریزد.
[7] ابطالجوزا (Betelgeuse): یک ابرغول سرخ درخشان در صورت فلکی شکارچی که در آینده (احتمالاً تا ۱۰۰ هزار سال دیگر) به صورت یک ابرنواختر منفجر خواهد شد.
[8] ابرنواختر (Supernova): انفجار نهایی و مهیب یک ستاره پرجرم.
[9] گرانش (Gravity): نیروی جاذبهای که بین تمام اجرام دارای جرم وجود دارد.
[10] غول سرخ (Red Giant): مرحلهای از زندگی ستاره که در آن لایههای بیرونی انبساط یافته و سرد میشوند، در حالی که هسته کوچک و داغ است.
[11] سحابی سیارهنما (Planetary Nebula): پوستههای گازی درخشان که از لایههای بیرونی یک ستاره در حال مرگ در فضا پراکنده میشوند.
[12] آهن (Iron): با نماد شیمیایی $Fe$. در هسته ستارههای پرجرم، همجوشی تا تولید آهن ادامه مییابد.
[13] افق رویداد (Event Horizon): مرز نظری اطراف یک سیاهچاله که پس از گذشتن از آن، هیچ بازگشتی ممکن نیست.
