دورة حياة النجم الصغير

المحتوى

• تشكيل البروتستار
• الشرارة الحرارية للحياة
• دورة حياة النجم الصغير: التسلسل الرئيسي
• بعد تسلسل الرئيسية - السنوات الذهبية
• نجوم الشمس الحجم تتوسع لتصبح سدم كوكبي
• ما تبقى هو قزم أبيض
• قد يؤثر على دورة الحياة

تُولد النجوم حقًا من صناعة النجوم ، ولأن النجوم هي المصانع التي تنتج كل العناصر الثقيلة ، فإن عالمنا وكل ما فيه يأتي أيضًا من صناعة النجوم.

غيوم منه ، التي تتكون في معظمها من جزيئات غاز الهيدروجين ، تطفو في البرد الذي لا يمكن تخيله إلى أن يجبرهم الجاذبية على الانهيار على أنفسهم وتشكيل النجوم.

يتم إنشاء جميع النجوم على قدم المساواة ، ولكن مثل الناس ، فإنها تأتي في العديد من الاختلافات. المحدد الرئيسي لخصائص النجوم هو مقدار ستاردست المشاركة في تكوينها.

بعض النجوم كبيرة جدًا ، ولديها حياة قصيرة مذهلة ، في حين أن بعضها الآخر صغير جدًا لدرجة أنه بالكاد كان لديها كتلة كافية لتصبح نجمة في المقام الأول ، ولديها حياة طويلة للغاية. تعتمد دورة حياة النجم ، كما توضح ناسا وسلطات الفضاء الأخرى ، اعتمادًا كبيرًا على الكتلة.

تُعتبر النجوم بحجم حجم شمسنا نجومًا صغيرة ، ولكنها تخلو من حجمها مثل الأقزام الحمراء ، التي تبلغ كتلتها حوالي نصف كتلة الشمس وهي أقرب إلى كونها أبدية كما يمكن للنجم أن يحصل.

تستمر دورة حياة النجم منخفض الكتلة مثل الشمس ، المصنفة كنجمة من فئة G ، نجم رئيسي (أو قزم أصفر) حوالي 10 مليارات سنة. على الرغم من أن النجوم بهذا الحجم لا تصبح مستعرات أعظمية ، إلا أنها تنهي حياتهم بطريقة مثيرة.

تشكيل البروتستار

الجاذبية ، تلك القوة الغامضة التي تبقي أقدامنا ملتصقة بالأرض والكواكب التي تدور في مداراتها ، هي المسؤولة عن تكوين النجوم. داخل غيوم الغاز بين النجوم والغبار التي تطفو حول الكون ، تجمع الجاذبية بين الجزيئات في كتل صغيرة ، تحرر من السحب الأم لتصبح بروتستورات. في بعض الأحيان يحدث الانهيار نتيجة لحدث كوني ، مثل المستعر الأعظم.

بفضل كتلتها المتزايدة ، يستطيع البروتستار جذب المزيد من النجوم. يؤدي الحفاظ على الزخم إلى تكوين المادة المنهارة على شكل قرص دوار ، وتزداد درجة الحرارة بسبب زيادة الضغط والطاقة الحركية المنبعثة من جزيئات الغاز التي تنجذب إلى المركز.

ويعتقد أن العديد من المحتجين موجودون في سديم أوريون ، من بين أماكن أخرى. الصغار جدًا منتشرون جدًا بحيث يتعذر عليهم رؤيتهم ، لكنهم يصبحون في النهاية غير شفافين عند تماسكهم. عند حدوث ذلك ، فإن تراكم المادة يحبس الإشعاع تحت الأحمر في القلب ، مما يزيد من درجة الحرارة والضغط ، ويمنع في النهاية الأمر من سقوط المزيد من المادة في القلب.

يظل مظروف النجم يجذب المادة وينمو ، حتى يحدث شيء لا يصدق.

الشرارة الحرارية للحياة

من الصعب تصديق أن الجاذبية ، وهي قوة ضعيفة نسبيًا ، يمكن أن تتسبب في سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى تفاعل نووي حراري ، ولكن هذا ما يحدث. وبينما يستمر البروتستار في تراكم المادة ، يصبح الضغط في القلب شديدًا لدرجة أن الهيدروجين يبدأ في الاندماج في الهيليوم ، ويصبح البروستار نجمًا.

ظهور النشاط النووي الحراري يخلق رياحًا قوية تنبض من النجم على طول محور الدوران. يتم إخراج المواد المتداولة حول محيط النجم بواسطة هذه الرياح. هذه هي مرحلة T-Tauri لتكوين النجوم ، والتي تتميز بنشاط سطح قوي ، بما في ذلك التوهجات والانفجارات. يمكن للنجم أن يفقد ما يصل إلى 50 في المائة من كتلته خلال هذه المرحلة ، والتي تدوم لنجوم بحجم الشمس لبضعة ملايين من السنين.

في النهاية ، تبدأ المواد المحيطة بمحيط النجوم في التبدد ، ويترك ما يتلازم في كواكب. تهدأ الرياح الشمسية ، ويستقر النجم في فترة من الاستقرار على التسلسل الرئيسي. خلال هذه الفترة ، فإن القوة الخارجية الناتجة عن تفاعل اندماج الهيدروجين مع الهيليوم الذي يحدث عند القلب توازن الأرصدة الداخلية للجاذبية ، ولا تفقد النجوم ولا تكتسب أهمية.

دورة حياة النجم الصغير: التسلسل الرئيسي

معظم النجوم في سماء الليل هي نجوم متسلسلة رئيسية ، لأن هذه الفترة هي الأطول على الإطلاق في فترة حياة أي نجم. أثناء وجوده في التسلسل الرئيسي ، يدمج نجم الهيدروجين في الهيليوم ، ويستمر في ذلك حتى ينفد وقود الهيدروجين.

يحدث تفاعل الاندماج بسرعة أكبر في النجوم الضخمة مما يحدث في النجوم الأصغر ، لذا فإن النجوم الضخمة تحترق بدرجة حرارة أعلى ، بضوء أبيض أو أزرق ، وتحترق لفترة زمنية أقصر. في حين أن النجم بحجم الشمس سيستمر لمدة 10 مليارات سنة ، فإن العملاق الأزرق الضخم قد يستمر لمدة 20 مليون فقط.

بشكل عام ، يحدث نوعان من التفاعلات النووية الحرارية في النجوم الرئيسية التسلسلية ، ولكن في النجوم الأصغر ، مثل الشمس ، يحدث نوع واحد فقط: سلسلة البروتون - البروتون.

البروتونات هي نوى هيدروجين ، وفي قلب النجوم ، يسافرون بسرعة كافية للتغلب على التنافر الإلكتروستاتيكي ويتصادمون ليشكلوا نوى هيليوم -2 ، ويصدرون نواة الخامس-نيوترينو وبوزيترون في هذه العملية. عندما يصطدم بروتون آخر بالهيليوم -2 المشكل حديثًا نواة ، فإنها تنصهر في الهليوم 3 وإطلاق الفوتون جاما. أخيرًا ، تصطدم نواة هيليوم -3 لإنشاء نواة واحدة من هيليوم -4 وبروتونين إضافيين ، يواصلان مواصلة التفاعل المتسلسل ، لذلك ، وبشكل عام ، يستهلك تفاعل البروتون - البروتون أربعة بروتونات.

تنتج السلسلة الفرعية التي تحدث داخل التفاعل الرئيسي البريليوم -7 والليثيوم -7 ، لكن هذه العناصر عبارة عن عناصر انتقالية تجمع ، بعد التصادم مع بوزيترون ، لإنشاء نوتين من هيليوم -4. وتنتج سلسلة فرعية أخرى البريليوم -8 ، وهو غير مستقر وينقسم تلقائيًا إلى نوتين هيليوم -4. تمثل هذه العمليات الفرعية حوالي 15٪ من إجمالي إنتاج الطاقة.

بعد تسلسل الرئيسية - السنوات الذهبية

السنوات الذهبية في دورة حياة الإنسان هي تلك التي تبدأ فيها الطاقة في التلاشي ، وينطبق الشيء نفسه على النجم. تحدث السنوات الذهبية لنجم منخفض الكتلة عندما يستهلك النجم كل الوقود الهيدروجيني في جوهره ، وتُعرف هذه الفترة أيضًا باسم التسلسل اللاحق للجزء الرئيسي. يتوقف تفاعل الانصهار في القلب ، وينهار قشرة الهيليوم الخارجية ، مما ينتج طاقة حرارية حيث يتم تحويل الطاقة الكامنة في قشرة الانهيار إلى طاقة حركية.

تسبب الحرارة الزائدة في بدء اندماج الهيدروجين في الغلاف مرة أخرى ، ولكن في هذه المرة ، ينتج التفاعل حرارة أكثر مما يحدث عندما يحدث في القلب فقط.

اندماج طبقة قشرة الهيدروجين يدفع حواف النجمة للخارج ، ويمتد الغلاف الجوي الخارجي ويبرد ويحول النجم إلى عملاق أحمر. عندما يحدث هذا لأشعة الشمس في حوالي 5 مليارات سنة ، فإنها ستمتد نصف المسافة إلى الأرض.

يصاحب التمدد زيادة في درجات الحرارة في القلب حيث يتم تفريغ المزيد من الهيليوم بفعل تفاعلات اندماج الهيدروجين التي تحدث في الغلاف. يصبح الجو حارًا لدرجة أن انصهار الهيليوم يبدأ في القلب ، وينتج البريليوم والكربون والأكسجين ، وبمجرد أن يبدأ هذا التفاعل (يطلق عليه فلاش الهليوم) ، فإنه ينتشر بسرعة.

بعد استنفاد الهيليوم الموجود في الغلاف ، لا يتمكن قلب النجم الصغير من توليد ما يكفي من الحرارة لدمج العناصر الأثقل التي تم إنشاؤها ، وتنهار القشرة المحيطة بالنواة مرة أخرى. يولد هذا الانهيار قدرًا كبيرًا من الحرارة - يكفي لبدء اندماج الهيليوم في الغلاف - ويبدأ التفاعل الجديد فترة جديدة من التمدد يزيد خلالها نصف قطر النجوم بمقدار 100 مرة عن نصف قطرها الأصلي.

عندما تصل شمسنا إلى هذه المرحلة ، سوف تتوسع إلى ما وراء مدار المريخ.

نجوم الشمس الحجم تتوسع لتصبح سدم كوكبي

يجب أن تتضمن أي قصة عن دورة حياة نجم للأطفال شرحًا للسدم الكوكبية ، لأنها من أكثر الظواهر المدهشة في الكون. مصطلح سديم الكواكب هو تسمية خاطئة ، لأنه لا علاقة له بالكواكب.

إنها الظاهرة المسؤولة عن الصور الدرامية لعين الله (سديم اللولب) وغيرها من الصور التي تملأ الإنترنت. بعيدًا عن كونه كوكبًا بطبيعته ، فإن سديم الكواكب هو توقيع زوال النجوم الصغيرة.

بينما يمتد النجم إلى طورته العملاقة الحمراء الثانية ، ينهار القلب في وقت واحد إلى قزم أبيض شديد الحرارة ، وهو بقايا كثيفة تحتوي على معظم كتلة النجم الأصلي معبأة في كرة أرضية بحجم الأرض. ينبعث القزم الأبيض من الأشعة فوق البنفسجية التي تؤين الغاز في قشرة التمدد ، مما ينتج عنه ألوانًا وأشكالًا مثيرة.

ما تبقى هو قزم أبيض

السدم الكوكبية ليست طويلة الأمد ، وتبدد في حوالي 20،000 سنة. ومع ذلك ، فإن النجم القزم الأبيض الذي لا يزال قائما بعد تبدد سديم كوكبي. لها في الأساس كتلة من الكربون والأكسجين مختلطة مع الإلكترونات التي معبأة بإحكام بحيث يقال إنها تتحلل. وفقًا لقوانين الميكانيكا الكمومية ، لا يمكن ضغطها إلى أبعد من ذلك. النجم هو مليون مرة أكثر كثافة من الماء.

لا تحدث تفاعلات اندماج داخل قزم أبيض ، لكنها تظل ساخنة بسبب مساحتها السطحية الصغيرة ، مما يحد من كمية الطاقة التي تشعها. سيصبح في النهاية باردًا ليصبح إلكترونًا أسود خاملًا من الكربون وينحط في الإلكترونات ، لكن هذا سيستغرق من 10 إلى 100 مليار عام. الكون ليس قديمًا بما فيه الكفاية ليحدث هذا بعد.

قد يؤثر على دورة الحياة

سيصبح حجم نجم الشمس قزمًا أبيض عند استهلاكه لوقود الهيدروجين ، ولكن مع كتلة في قلبه 1.4 أضعاف حجم الشمس يواجه مصيرًا مختلفًا.

تستمر النجوم ذات هذه الكتلة ، والتي تُعرف بحدود Chandrasekhar ، في الانهيار ، لأن قوة الجاذبية كافية للتغلب على المقاومة الخارجية لتنكس الإلكترون. بدلا من أن تصبح الأقزام البيضاء ، فإنها تصبح النجوم النيوترونية.

نظرًا لأن حد الكتلة Chandrasekhar ينطبق على اللب بعد أن يكون النجم يشع جزءًا كبيرًا من كتلته ، وبما أن الكتلة المفقودة كبيرة ، فيجب أن يكون للنجم حوالي ثمانية أضعاف كتلة الشمس قبل أن تدخل المرحلة العملاقة الحمراء لتصبح النجم النيوتروني.

النجوم القزمة الحمراء هي تلك التي تتراوح كتلتها بين نصف إلى ثلاثة أرباع الكتلة الشمسية. إنها أروع النجوم ولا تتراكم قدر الهليوم في قلوبها. وبالتالي ، لا يتوسعون ليصبحوا عمالقة حمراء عندما يستنفدون وقودهم النووي. وبدلاً من ذلك ، يتقلّصون مباشرة إلى الأقزام البيضاء دون إنتاج سديم كوكبي. لأن هذه النجوم تحترق ببطء شديد ، إلا أنها ستستغرق وقتًا طويلاً - ربما بقدر 100 مليار عام - قبل أن يمر أحدها بهذه العملية.

تُعرف النجوم ذات الكتلة الأقل من 0.5 كتلة شمسية باسم الأقزام البنية. إنها ليست نجومًا على الإطلاق ، لأنها عندما تكونت ، لم يكن لديها كتلة كافية لبدء اندماج الهيدروجين. تولد قوى الجاذبية الانضغاطية طاقة تكفي لإشعاع مثل هذه النجوم ، لكن مع وجود ضوء بالكاد ملموس في الطرف الأحمر البعيد من الطيف.

نظرًا لعدم وجود استهلاك للوقود ، لا يوجد شيء يمنع مثل هذا النجم من البقاء كما هو تمامًا طالما استمر الكون. يمكن أن يكون هناك واحد أو العديد منهم في الحي المباشر للنظام الشمسي ، ولأنهم يلمعون بشكل خافت ، فلا يعرف الزملاء أنهم موجودون هناك.