مراحل تطور حياة النجوم

1996 نحن والكون

عبد الوهاب سليمان الشراد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مراحل تطور حياة النجوم النجوم علم الفلك

لا شك أن السماء الشاسعة بما تحوية من أجرام تضم أنواعا متباينة ومختلفة من النجوم ، ومعظم ما يمكن رؤيته منها في الليالي الصافية مشابه في حقيقته للشمس.

وكما هو الوضع مع الشمس فإن النجوم المشرقة تعتبر شابه لأن ما يحدث في مراكزها هو تفاعل نووي حراري يعرف بحرق الهيدروجين Hydrogen burning.

ويحدث تحت درجات حرارة وضغط مرتفعين عند اندماج أربعة بروتونات –  نوى هيدروجين – لإنتاج نوى الهيليوم .

 

وبجانب النجوم المماثلة لشمسنا هناك أيضا أنواع أخرى من النجوم ، مثل معظم النجوم الحمراء اللون التي يمكن رؤيتها في السماء ، والتي تعرف بالعمالقة الحمر Red giant .

ومن الأمثلة النموذجية عليها نجد قلب العقرب Antares في كوكبة العقرب Scorpius، ويبعد عنها 424 سنة ضوئية والسماك الرامح  Arcturus وفي العواء Boots ويبعد عنا 35,88 سنة ضوئية ، ومنكب الجوزاء  Betelgeuse في الجبار Orion ويبعد عنا 652,4 سنة ضوئية.

 

وتعد العمالقة الحمر نجوما اجتازت مرحلة الفتوة وتضخمت الى أحجام هائلة ؛ وذلك نتيجة للتفاعلات النووية الحرارية التي تحدث في المناطق المحيطة بالقلب وبداخله .

وهذا ما ستؤول اليه كل النجوم الاعتيادية مثل شمسنا عندما ينفذ كل وقودها من الهيدروجين الموجود في مراكزها .

 

بدأت الشمس في التكون من سحابة غاز هائلة قبل ما يقرب من خمسة مليارات من الأعوام.

ونشأت عن تكثف المادة ضغوط عظيمة ودرجات حرارة عالية في النواة مما تسبب في حدوث تفاعل نووي مازال يكون طاقة ضخمة ويجعل الشمس مبعثا للضوء ولأسباب الحياة على الأرض.

ويقدر العلماء أن الشمس ستمدد خلال خمسة مليارات أخرى من الأعوام بعد ان ينفذ القسم الأكبر من الهيدروجين وتتحول الى كرة حمراء عملاقة تبتلغ الزهرة وعطارد.

وتجعل سطح الأرض  شبه ذائب. وسوف تتمدد الطبقات الخارجية في الفضاء وتصبح الشمس بعد ذلك ما يسمى «بالقزم الأبيض» وعندما تبرد فلن يبقى منها الا ما يسمى «بالقسم الأسود».

 

وتمثل أنواع أخرى من النجوم بقايا رفات لنجوم خلت، مثل الأقزام البيضاء white dwarf ، والنجوم النيوترونية Neutron S. ، والثقوب السوداء Black holes.

وقد نتجت هذه الأجرام السماوية الصغيرة من نجوم استنفذت كل مصادر وقودها النووي الحراري Thermonuclear.

وبإمكاننا التنبؤ بتاريخ تطور نجم ما ، وذلك لكونه يمر خلال عمره الطويل بسلسلة مثيرة من الأحداث عبر عدة مراحل تحكمها عدة حقائق فيزيائية وكيميائية.

 

ونجد مثلا أنه بعد بلايين السنين من الآن سينفذ كل وقود الهيدروجين من مركز الشمس، وعندها ستتضخم بنسبة عالية جدا وتصبح نجما عملاقا أحمر

وعندما نواصل رؤيتنا في المستقبل ، سوف نرى أن هذا العملاق الأحمر قد انكمش وتحول الى قزم أبيض ويعادل قطره 1 %من قطر الشمس الحالية ، وعند هذه المرحلة تكون جميع مصادر الوقود الداخلية قد استنفذت

 

طور مخطط هيرتزسبرانك – راسل كل من (أ . هيرتزسبرانك) من الدانمرك و (راسل) وذلك بصورة مستقلة كل منهما عن الاخر، بين عامي 1908 و 1913

ويمثل هذا المخطط الخط البياني للسطوع المطلق «أو الرتبة المطلقة» للنجوم «المحور العمودي» بدلالة التصنيف الطيفي «المحور الأفقي» الذي يراوح عادة بين الأزرق «O» والأحمر «M»

وتقع معظم النجوم فيما يسمى السلسلة الرئيسية، التي تمتد قطريا من أعلى اليسار إلى أسفل اليمين. وتقع العمالقة الحمر في أعلى اليمين، وتحتشد الاقزام البيض في أسفل اليسار. 

وقد كرست معظم البحوث في الفيزياء الفلكية في القرن العشرين لتوفير تعليل نظري لهذا المخطط ويبين هذا الشكل أول مخطط نشره راسل، وقد ظهر في مجلة «الفلك الجماهيرية» عام 1944 وتمثل الدوائر «سويات ثقة» Confidence Levels مختلفة «لاختلافات المناظر» Par- allaxes النجمية.

 

وهذا هو الوضع مع الشمس والنجوم المماثلة لها في الكتلة . ولكن في حالة النجوم الأكبر كتلة من كتلة الشمس فإنها سوف تتطور الى مرحلة العملاق الأحمر. 

وتختم وجودها بنهاية رهيبة على هيئة انفجار نووي حراري هائل بما يعرف بالمستسعرة العظمى ، وخلال هذه المرحلة ستتطاير أجزاء النجم كليا وتتنشر في الفضاء.

وقد يتحول قلبه الذي ينطفئ تدريجيا ليصبح إما نجما نيوترنيا إذا كان كتلته قبل الانفجار أكبر من كتلة الشمس بنحو 1,4 مرة ، أو يصبح ثقبا أسود عندما تكون كتلته أكبر من كتلة الشمس بنحو 3,2 مرة

 

وخلال مراحل حياة النجم قد تحدث تقلبات داخلية تجعله ينبضpulsate ، وذلك بأن يتمدد وينكمش خلال مدد دورية منتظمة.

ولعل من أبرز الأمثلة على هذا النوع من النجوم النابضة الدورية ما يعرف بالمتغيرات القيفاوية Cepheid Variables، ويمثل النجم دلتا قيفاوس Cephi & النجم النموذجي الذي له خصائص هذا النوع من النجوم التي تكون أو فوق عملاقة .

 

تطور نجم ضخم هو عملية متسارعة بثبات نحو درجة حرارة وكثافة أعلى في القلب.

إن المصدر الرئيسي للجزء الأكبر من حياة النجم هو اندماج نوى الهيدروجين لتكوين الهيليوم. وعند نفاذ الهيدروجين من القلب يتقلص القلب.

الأمر الذي يسخنه لدرجة تكفي لإشعال اندماج الهليوم كي يتكون الكربون. تتكرر هذه الدورة بعد ذلك بخطا تتسارع بصورة منتظمة من خلال احتراق الكربون والنيون والأكسجين والسيليكون.

وتنتج المرحلة الأخيرة من اندماج السيليكون قلبا من حديد لا يمكن ان تستخلص منه طاقة نتيجة للتفاعلات النووية.

ومن ثم فإن القلب الحديدي يعجز عن مقاومة الانهيار الذي يتم بفعل الجاذبية، الأمر الذي يؤدي إلى انفجار مستسعر أعظمي. والمتتالية المبينة في الشكل تخص نجما كتلته تساوي قرابة 25 كتلة شمسية.

 

ولقد اكتشفه لأول مرة جون جوديرك  J. Goodricke (1764-1786)   في1784 ، ويمكن رؤيته بالعين المجردة.

وفي جميع القيفاويات يتغير اللمعان وفق نمط مميز وواضح . وقد دلت الأرصاد على أن لمعان النجم القيفاوي يعاني من ارتفاع سريع يعقبه نقص تدريجي خلال كل دورة

وتبين أن فترات المدد الدورية للقيفاويات وهي الزمن اللازم لإتمام دورة واحدة تتراوح ما بين 2 الى40 يوم .

 

ومن الأمثلة الأخرى المعروفة على القيفاويات المتغيرة النجم القطبي Polaris في كوكبة الدب الأصغر، وتعادل مدته الدورية أربعة أيام تقريباً.

ومن خلال ما سبق يمكن القول، إن المتغير القيفاوي هو نجم نباض ينكمش ويتمدد بشكل دوري ، ويفترض أن السبب وراء ذلك يرجع الى عدم الاتزان الداخلي، وذلك نتيجة للصـراع الداخلي الحادث بين القوى النووية الحرارية وقوى الجاذبية

 

وتعمل قوة الجاذبية على إيقاف التمدد السريع وتجعل النجم يبدأ بالانكماش

وخلال كل دورة من الانكماش والتمدد تسخن غازات غلاف النجم الجوي على التوالي . ويظهر منحنى الضوء لمتغير فيفاوي النتيجة النهائية للتأثيرات المتراكبة لما يحدث على سطح النجم من تغيرات في مساحته وفي درجة حرارته .

 

يمكن استخدام مخططات اللون السطوع Color- Iuminosity diagrams لتحديد أعمار النجوم ويقارن المخطط العلوي الرسم البياني للنجوم في الحشدين الكرويين NGC288 و NGC362 بمنحنيات العمر «الخطوط السوداء» المولودة بوساطة نماذج تطور نجمي. 

ودليل اللون، الذي يعبر عنه بوحدات المرتبة Magnitude Units هو مقياس لشدة الأطوال الموجية الزرقاء مطروحا منها الأطوال الموجية المرئية.

وبوجه عام، فكلما ازداد سطوع النجم صغر دليل اللون وتنعكس هذه النزعة في حالة النجوم التي تفوق مرتبتها البصرية 19 visual Magnitude وحدة تقريبا وتوحي الرسوم البيانية للنجوم بأن الحشود تختلف في أعمارها بنحو ثلاثة بلايين عام.

وفي البداية تم جعل الحرارة «وهي تتناسب عكسا مع دليل اللون» والسطوع مساويين لنظيريهما في الحشد NGC 288 .

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]