تولد و تحول و مرگ ستارگان (2)- نجوم پیشرفته
گدازش ستارگان
انرژی مهیب ستارگان در فرایندی به نام گدازش هسته ای ایجاد می شود. این فرایند زمانی آغاز می شود که دمای هسته ستاره در حال شکل گیری به یک میلیون درجه ی کلوین برسد. یک ستاره از دل یک ابر بسیار بزرگ که به آرامی در چرخش است و تقریبا به طور کامل از عناصر شیمیایی هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، به دنیا می آید. این ابر همچنین ممکن است حاوی اتمهای دیگر عناصر و غباری از ذرات میکروسکوپی باشد.
به اقتضای نیروی گرانش، این ابر شروع به منقبض شدن می کند و در نتیجه کوچکتر می شود. با جمع شدن ابر، سرعت چرخش آن بیشتر می شود؛ درست همانطور که سرعت یک اسکیت باز که بر روی یخ به دور خود در حال چرخیدن است، با جمع کردن بازوانش بیشتر و برعکس با باز کردن بازوان کمتر می شود. لایه های خارجی ابر یک دیسک چرخان را ایجاد می کنند. لایه های داخلی به شکل یک توده کروی که همچنان در حال انقباض است تبدیل می شوند.
ماده در حال انقباض گرمتر می شود و فشار آن نیز بیشتر می گردد. عامل انقباض نیروی گرانش است که فشار با آن مقابله می کند. در نهایت، سرعت انقباض بسیار کاهش پیدا می کند. در این زمان در قسمت داخلی این توده، پیش ستاره به وجود می آید. پیش ستاره یک جرم توپی است که نه دیگر ابر است و نه هنوز ستاره شده است. پیرامون پیش ستاره پوسته ای از گاز و غبار است که لایه های بیرونی توده ی نخستین می باشند.
ترکیب هسته ای
هنگامیکه دمای مرکز پیش ستاره به اندازه کافی زیاد شد، گدازش هسته ای آغاز می شود. گدازش هسته ای ترکیب دو هسته ی اتمی و تشکیل یک هسته ی بزرگ تر است. یک اتم کامل دارای پوسته ای خارجی متشکل از یک یا چند ذره به نام الکترون است که بار الکتریکی منفی حمل می کند. در درون و مرکز اتم، هسته آن وجود دارد که تقریبا همه جرم اتم را شامل می شود. ساده ترین عنصر در عالم هیدروژن است، متشکل از یک ذره به نام پروتون. پروتون بار مثبت الکتریکی حمل می کند. همه هسته های دیگر دارای یک یا چند پروتون و یک یا چند نوترونند. نوترون هیچ بار الکتریکی حمل نمی نماید و یک ذره خنثی است در نتیجه هسته همه ی اتمها، بار مثبت الکتریکی دارند. البته همه اتمها به تعداد پروتونهای موجود در هسته، دارای الکترون می باشند؛ در نتیجه یک اتم کامل، خنثی است.
در هر صورت، تحت دما و فشار بسیار بسیار شدید مرکز پیش ستاره، اتمها الکترونهای خود را از دست می دهند. به اتمهای الکترون از دست داده، یون می گویند و به ترکیبی از الکترونهای آزاد و یونها، پلاسما می گویند.
گفتیم که در درون پیش ستاره، اتمها همه الکترونهای خود را از دست می دهند و هسته های لخت با سرعت بسیار زیادی به یکدیگر می رسند. در شرایط عادی، موادی که دارای بار الکتریکی یکسانند، یکدیگر را دفع می کنند با اینحال اگر دما و فشار در درون پیش ستاره به اندازه کافی زیاد شود، می تواند بر قدرت دفع هسته ها فائق آمده و آنگاه گدازش صورت می گیرد. دانشمندان معمولا از اصطلاح "سوختن" به جای "گدازش" استفاده می کنند اما باید توجه داشت که گدازش هسته ای، چیزی کاملا متفاوت با اشتعال در معنای عام آن است.
تبدیل جرم به انرژی
وقتی دو هسته اتمی با هم ترکیب شوند، مقدار کمی از جرم آنها به انرژی تبدیل می شود؛ بنابراین جرم هسته جدید، از حاصل جمع جرم دو هسته ای که با هم ترکیب شدند کمتر است. آلبرت اینشتین رابطه جرم و انرژی را کشف کرده و آن را در قالب معادله ای معروف بیان کرد. این معادله بیانگر مقدار انرژی آزاد شده از ترکیب ذرات است.
سرعت نور برابر است با ۲۹۹,۷۹۲ کیلومتر در ثانیه. این مقدار واقعا عدد بزرگی است و چنانچه آنرا در معادله بگذاریم متوجه می شویم که با گداختن جرم بسیار کمی از ماده، می توان انرژی مهیبی به دست آورد. برای مثال با سوخت هسته ای کامل یک گرم ماده، ۹۰ تریلیون ژول انرژی به دست می آید. این مقدار انرژی تقریبا برابر است با انرژی آزاد شده در انفجار ۲۰,۰۰۰تن بمب ای ان تی. انرژی بمب هسته ای آمریکا که در سال ۱۹۴۵، در جریان جنگ جهانی دوم ، به هیروشیمای ژاپن اصابت کرد معادل انفجار ۱۲,۰۰۰ تن بمب تی ان تی بود.
نابودی هسته های سبک
گفتیم در مرکز پیش ستاره، هنگامیکه دما به یک میلیون درجه ی کلوین می رسد، گدازش هسته آغاز می شود. شروع این گدازش باعث تغییر و از میان رفتن هسته های سبک می شود. از جمله هسته لیتیوم ۷، که شامل سه پروتون و چهار نوترون است. در فرایندی که این هسته شرکت دارد، یک هسته ی هیدروژن با آن ترکیب شده و هسته ی لیتیوم ۷ را به دو قسمت تقسیم می کند. هر قسمت شامل یک هسته هلیوم ۴ (دو پروتون و دو نوترون) است. به هسته هلیوم ۴، ذره آلفا نیز گفته می شود.
گدازش هیدروژن
پس از نابودی هسته های سبک، پیش ستاره همچنان به انقباض خود ادامه می دهد. در نهایت، دمای هسته به حدود ۱۰ میلیون درجه ی کلوین می رسد و در این هنگام سوختن هیدروژن آغاز می شود. با شروع گدازش هیدروژن، پیش ستاره به یک ستاره تبدیل می گردد. در گدازش هیدروژن، چهار هسته هیدروژن با هم ترکیب شده و یک هسته هلیوم ۴ را به وجود می آورند. دو شکل کلی برای انجام این عمل وجود دارد.
۱) واکنش پروتون-پروتون
۲) چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن (CNO).
واکنش دوم می تواند به چندین روش شامل چهار مرحله زیر رخ دهد: ۱- ترکیب دو پروتون. در این مرحله دو پروتون با هم برخورد می کنند و سپس یکی از پروتونها با آزاد کردن پوزیترون بار مثبت خود را از دست می دهد. این پروتون علاوه بر پوزیترون یک ذره خنثی به نام نوترینو نیز آزاد می نماید.
پوزیترون ضد ماده الکترون است. جرم آن دقیقا برابر با جرم الکترون می باشد اما بر خلاف الکترون دارای بار مثبت است. با آزاد شدن پوزیترون، پروتون به نوترون تبدیل می شود. در نتیجه هسته جدید حاوی یک پروتون و یک نوترون است. نام این ترکیب دوترون می باشد.
۲- پوزیترون آزاد شده ممکن است با یک الکترون برخورد کند. با برخورد ماده و ضد ماده، هر دوی آنها از بین می روند و تنها چیزی که باقی می ماند دو پرتوی گاما است.
۳- دوترون حاصل شده با یک پروتون دیگر تبدیل می شود و هسته هلیوم ۳ شکل می گیرد. بر اثر این ترکیب نیز پرتوی گاما ایجاد می شود.
۴- هسته هلیوم ۳ با هسته هلیوم ۳ دیگری ترکیب شده و علاوه بر تشکیل یک هسته هلیوم ۴، دو پروتون نیز آزاد می شوند. در چرخه ی CNO هسته کربن ۱۲ شرکت دارد. این هسته شامل ۶ پروتون و ۶ نوترون است. در حین چرخه، این هسته به نیتروژن ۱۵ (۷ پروتون و ۸ نوترون) و اکسیژن ۱۵ (۸ پروتون و ۷ نوترون) تبدیل می شود. و در آخر چرخه این دو هسته بار دیگر به هسته کربن ۱۲ تبدیل می گردند.
تکامل ستارگان
چرخه زندگی ستارگان سه الگوی کلی را دنبال می کند که به جرم آنها وابستگی دارد.
۱) ستارگان پر جرم، که جرمشان از ۸ برابر جرم خورشید بیشتر است.
۲) ستارگان با جرم متوسط، که جرمشان از ۰/۵ تا ۸ برابر جرم خورشید است. خود خورشید نیز در این دسته از ستارگان جای دارد.
۳) ستارگان با جرم کم، که جرمشان بین ۰/۱ تا ۰/۵ جرم خورشید می باشد. اجرامی که جرم آنها از ۰/۱ جرم خورشید کمتر است هرگز به دمای مرکزی لازم برای شروع سوخت هیدروژن نمی رسند.
از آنجائیکه اطلاعات ستاره شناسان درباره خورشید از هر ستاره دیگری بیشتر است، در بحث چرخه ی ستارگان، از ستارگان با جرم متوسط آغاز خواهیم کرد.
فایل این قسمت را می توانید از اینجــــا دانلود نمائید.
