تراژدي يک ستاره

امروز مقاله ای در روزنامه اعتماد چاپ شده بود که با مضمون درس آقای ناظری در کلاس نجوم عمومی هماهنگ بود . برای همین تصمیم گرفتم این مقاله را بطور کامل اینجا بیاورم . امیدوارم با دقت بخوانید و لذت ببرید.

تمام ستاره هاي موجود در کهکشان ها تا زماني که در حال سوزاندن سوخت خود هستند داراي تعادل دقيقي هستند. اين جمله به اين معني است که فشار درون ستاره که بر اثر فعل و انفعالات و سوزاندن سوخت خود از مرکز به سمت خارج است با فشار خارجي که به دليل نيروي گرانش کل ماده تشکيل دهنده ستاره، از بيرون به سمت مرکز ستاره وارد مي شود، برابر است. چنين تعادلي در تمامي ستارگان از زمان تولد تا پايان عمرشان وجود دارد و همين امر است که موجب متلاشي نشدن ستاره با آن سوخت و ساز عظيمي که همچون بمب هيدروژني است، مي شود. اما زماني که يک ستاره در اواخر عمرش در حال به اتمام رساندن سوخت دروني خود است، با فشرده شدن هسته و انبساط لايه هاي خارجي مجدداً تعادل خود را به دست مي آورد. طي اين فرآيند، ستاره هاي کم جرم با باد کردن خود وارد مرحله يي شده که در آن، ستاره تبديل به يک غول سرخ مي شود و ستاره هاي متوسط يا پرجرم تبديل به ابرغول سرخ مي شوند. شعاع يک ستاره متوسط در اواخر عمرش تا چندصد برابر شعاع دوران جواني اش منبسط مي شود.ستاره هاي کم جرم به آرامي و طي هزاران سال مي ميرند و لايه هاي خارجي خود را در فضا پخش مي کنند، اما روند مرگ ستاره هاي متوسط يا بزرگ بسيار مهيج و شگفت انگيز است. اکنون به بررسي چگونگي مرگ يک ستاره متوسط مي پردازيم. مصداق ما از يک ستاره متوسط، ستاره يي با جرم بين 4/1 تا 3 برابر جرم خورشيد است. ستاره هاي متوسط سريع تر از ستاره هاي کوچکي همانند خورشيد عمرشان به پايان مي رسد زيرا به دليل زياد بودن جرم، فشار هم در مرکز آنها بيشتر است و اين امر موجب سوخت سازي سريع تر در هسته مي شود.يک ستاره متوسط را فرض کنيد، اين ستاره طي چند ميليارد سال سوخت خود را به اتمام مي رساند. زماني که شايد تنها يک دهم از کل عمرش باقي مانده است شروع به منبسط شدن مي کند. اين انبساط نشان از پايان يافتن عناصر سبکي همچون هيدروژن در هسته ستاره است. اکنون زمان سوختن عناصر توليد شده و تبديل دوباره آنها به عناصر سنگين تر است. اين روند ممکن است تا توليد عنصر آهن به طول انجامد. اما زماني که اين ستاره متوسط، جرم کافي براي سوزاندن آخرين عنصر تشکيل شده را ندارد، چه اتفاقي رخ مي دهد؟مسلماً در چنين لحظه يي به دليل نبود ماده کافي براي هم جوشي هسته يي، سوخت و ساز کلي ستاره از حرکت بازمي ايستد و اين آخرين لحظه از عمر ستاره خواهد بود زيرا اکنون زماني است که ستاره از تعادل فشاري خارج شده است. مواد تشکيل دهنده ستاره، نيروي گرانش خود را به سمت مرکز دارند اما به دليل متوقف شدن سوخت و ساز دروني، ديگر نيرويي از طرف مرکز به سمت خارج اعمال نمي شود. حال اين ستاره در کسري از ثانيه به دليل ناپايداري با انفجار عظيمي به زندگي خود پايان مي دهد و اکثر مواد آن به سمت مرکز و روي هسته فرو مي ريزند. اين انفجار عظيم، ميلياردها برابر يک ستاره عادي درخشان مي شود، يعني آنچنان قوي است که اگر از بيرون کهکشان به اين پديده بنگريم، محل آن از ديگر نقاط کهکشان کاملاً درخشان تر و نمايان است. به چنين پديده قوي کيهاني که نشان از پايان يافتن زندگي ستاره يي با جرم چند برابر جرم خورشيد است، انفجار ابرنواختر گويند. اما بعد از انفجار ابرنواختر چه چيزي از ستاره باقي مي ماند؟بازمانده ابرنواختر، يک هسته به شدت چگال به نام ستاره نوتروني است. از آن ستاره که شايد چندين برابر خورشيد قطر داشت اکنون هسته يي تنها در اندازه 30 کيلومتر باقي مانده است. در واقع بيشتر جرم ستاره يي به آن بزرگي، تنها در همين هسته نوتروني فشرده شده است. جرم چنين بازمانده بسيار کوچکي بين 5/1 تا 3 برابر جرم خورشيد است. اين هسته آنقدر فشرده است که اتم بر سطح آن وجود ندارد بلکه پروتون ها با بار مثبت و الکترون ها با بار منفي تبديل به نوترون هاي خنثي مي شوند و سپس نوترون ها در کنار يکديگر بدون فاصله قرار مي گيرند. يک قاشق غذاخوري از ماده سطح ستاره نوتروني برابر ميليون ها تن وزن دارد. دليل اين سنگيني تنها ساختار نوتروني و فشرده آن است.براي درک بهتر، اگر هسته اتم (پروتون ها و نوترون ها) را در اندازه يک پرتقال فرض کنيم و اين پرتقال را در وسط يک ورزشگاه فوتبال بگذاريم الکترون ها در اطراف ورزشگاه در حال دور زدن هسته هستند. با اين مثال متوجه مي شويم که بيشتر فضاي يک اتم، خالي است. اما در ستاره نوتروني، نوترون ها بدون فاصله در کنار يکديگر واقع شده اند. به اين ترتيب مي توانيد يک ورزشگاه پر از پرتقال را فرض کنيد. دقيقاً به همين دليل است که يک قاشق از ماده سطحي ستاره نوتروني به اين شدت فشرده و سنگين است.لايه هاي خارجي ستاره يي که بر اثر انفجار ابرنواختري، آخرين لحظه عمر خود را به نمايش گذاشته است معمولاً با سرعتي حدود 15 هزار کيلومتر بر ثانيه در فضا پخش مي شود و سحابي گازي زيبايي را تشکيل مي دهد. به سحابي تشکيل شده از چنين انفجارهاي قدرتمندي، بازمانده هاي ابرنواختر مي گويند.

گرانش خورشید

از پست قبل می دانیم جایی که ماده و انرژی و در نتیجه گرانش حضور نداشته باشد ، فضا تخت است. پس در فواصل زیاد از خورشید ، که میدان گرانش آن ضعیف است هم ، فضا تخت است و در نتیجه مقطع استوایی ، یعنی صفحه ای فرضی که از استوای خورشید می گذرد؛ نیز به یک صفحه تخت می ماند. هرچه به خورشید نزدیک تر بشویم این صفحه از حالت تخت خارج شده و حالت منحنی می شود که دلیل اش انحنای فضا است. در چنین صفحه ای کمترین فاصله میان دو نقطه دیگر خط راست نیست ؛ بلکه خطی است منحنی که به آن ژئودزیک می گویند. در مورد فضای اطراف خورشید اگر فاصله با خورشید زیاد باشد ، این خط راست و در صورتی که فاصله با خورشید کم باشد منحنی و خمیده خواهد بود. می دانیم نور همیشه برای گذر از میان دو نقطه کمترین فاصله را انتخاب می کند ، پس نور بر روی یکی از ژئودزیک ها سیر خواهد کرد. پس اگر ستاره ای در آسمان در کنار خورشید قرار بگیرد ، نور آن برای رسیدن به چشم ما چون از کنار خورشید می گذرد منحرف می شود ، یعنی در مسیرش از انحنای فضا تبعیت می کند. و از آنجایی که نور ستاره در فواصل نزدیک تر به ما در مسیر مستقیم به چشم ما رسیده ، چشم ما همان مسیر مستقیم در فضا را برعکس ادامه می دهد و ستاره را در محلی تصویر می کند که گویی نور به خط راست آمده است، پس محل ستاره را جابه جا می بیند. اگر مختصات ستاره های مجاور خورشید را هنگام کسوف اندازه بگیریم و آن را با مختصات همان ستاره در شب که خورشید در کنارش نیست مقایسه کنیم ، مقدار جابه جایی که در مکان ستاره مشاهده می شود در واقع میزان انحراف نور در فضای اطراف خورشید است. همین اثر انحراف نور موجب پدیده همگرایی گرانشی می شود ، یعنی اجرام بزرگ آسمانی می توانند مانند یک عدسی عمل کنند.

دست کیهان به منبع نور رسید.

کوچک و میرا اما هنوز ستاره های قدرتمندی هستند که پالسار نامیده می شوند. متل فرفره می چرخند و به اطراف نور می پراکنند. عکس فوق پالسارPSR B1509-58 را نشان می دهد که مدتها قبل بعد از آنکه سوخت اش تملم شد در کره ای به قطر تنها 22 کیلومتر فرو ریخت. این عکس با اشعه X فوق انرژی توسط ناسا گرقته شده است . سحابی با رنگ آبی ، مانند دستی است که در حال گرفتن نگین سرخ می باشد.

می توانیم به گذشته نگاه کنیم

می دانیم که برای دیدن یک شی علاوه بر دو چشم بینا لازم است که نوری از آن شی به چشم ما گسیل شود ،حال خواه خود شی منیر باشد، یعنی خودش زحمت بکشد و نور تولید کند یا اینکه متواضع انه نور را از یک چشمه نور دریافت کند و سپس لطف کند آن را به طرف ما گسیل کند. این جناب نور هم با وجود آنکه سریع ترین سرعت ممکنه را دارا است ، یعنی هیچ چیز اعم از هواپیما و فضاپیما و هر نوع پیمای دیگری که فکرش را بکنید گرفته تا هیچ نوع سیگنالی نمی تواند سریع تر از جناب نور حرکت کند ، اما به هر حال باز هم برای طی مسیر خود نیاز به زمان دارد ،حالا این زمان بسته به اینکه آن شی در چه فاصله ای از ما قرار دارد، ممکن است کسری از میلیونیم ثانیه باشد یا چند صد سال نوری. خوب بعد از این توضیحات مقدماتی بریم تو فضا . فرض کنید ستاره ای صد سال نوری با ما فاصله دارد و همین لحظه یک پرتو نور از این ستاره به طرف زمین راه می افتد ایشان صد سال در راه خواهند بود تا به چشم ما برسند و این یعنی اینکه نوری که الان از این ستاره می بینیم صد سال پیش از این ستاره ساطع شده است . چه هیچان انگیز!! پس وقتی کهکشانی را رصد می کنیم که یک میلیون سال نوری با ما فاصله دارد در واقع ما در حال مشاهده یک رویدادی هستیم که یک میلیون سال پیش رخ داده است.

قدر ستاره ها

هر ستاره با قدر یک دقیقا 2512 برابر ستاره با قدر ظاهری دو ، درخشندگی دارد. ستارگانی با قدر 7 و 8 و یا حتی 18 نیز وجود دارند ، که آنها را می توان با وسایل و تجهیزات مشاهده کرد. اجرام آسمانی بسیار روشن ، قدر صفر ، یا حتی قدرهای منفی دارند. مثلا سیاره ناهید (زهره) دارای قدر 4.5- ، ماه کامل 12.55- و خورشید دارای قدر 26.7- است. بد نیست مطلب قبلی ما در مورد دسته بندی ستاره ها بر اساس درخشندگی را در اینجا بخوانید.

حرکت خاصه :proper motion

تمامی ستاره ها با سرعتی در حدود دهها کیلومتر در ثانیه به دور مرکز کهکشان گردش می کنند. با این حال به خاطر فاصله زیادی که از ما دارند مکان ظاهری شان در طول هزاران سال تقریبا ثابت می ماند. واحد اندازه گیری تغییرمکان ستاره ها ثانیه قوس است . فاصله زاویه ای با درجه سنجیده می شود و زاویه یا قوسی است که راس آن نقطه دید ناظر است. قطر ماه حدود نیم درجه است. یعنی اگر از چشم ناطر زمینی دو خط فرضی مماس بر قطر ماه کامل بکشیم ؛ زاویه بین این دو خط نیم درجه است . پس دو ماه کامل کنار هم زاویه یک درجه را می سازند . حال به تقسیم بندی کوچک تر از درجه می رسیم . هر درجه برابر 3600 قوس ثانیه است. پس یک ثانیه قوس برابر 3600/1 درجه قوس و یک درجه قوس هم 360/1 یک دایره کامل است. تغییرمکان ظاهری یک ستاره نسبت به ستاره های همجوارش در پهنه آسمان ، حرکت خاصه نامیده می شود. با مقایسه عکس هایی که به فاصله چندین سال از یک قسمت آسمان گرفته می شود ، می توان حرکت نسبی ستاره ها را از روی جابجایی آنها نسبت به همدیگر بررسی کرد.

تپ اختر - Pulsar

تپ اخترها ستاره های نوترونی چرخانی هستند که با سرعت بسیار زیادی دوران می‌کنند و در هر بار چرخش تپ ها (پالس‌های ) مداومی از انرژی تابشی را به همراه خطوط مغناطیسی قوی گسیل می کنند. این فرفره ها چگونه به وجود آمده اند؟ ستاره‌های نوترونی در واقع حاصل رمبش هسته یک ابرنواخترهستند. هسته یک ابرنواختر ناپایدار است و تحت کشش گرانشی خود در خود فرو می ریزد ( می رومبد) فروریزش آنقدر ادامه پیدا می کند که حتی ساختار درون اتم ، الکترون ها و پروتون ها با هم ترکیب می شوند و ستاره به توده ای از نوترون تبدیل می شود. این ستاره ها حجم کوچک و چگالی بسیار بالایی دارند چگالی چنین ستاره ای 10 به توان 17 کیلوگرم در مترمکعب می رسد تا حدی که تپ‌اختری به قطر ۲۰ کیلومتر می تواند ۱٫۵ برابر جرم خورشید را در خود جای می دهد. تپ اخترها هنگام تولد دمایی در حدود چند میلیون درجه سانتیگراد دارند و بلافاصله شروع به سرد شدن می‌کنند. نحوه و سرعت سرد شدن بستگی به عناصر تشکیل دهنده و چگالی آن‌ها دارد.

ستاره

در عالم بیش از 10 میلیارد کهکشان وجود دارد و هر کهکشان بیش از 100 میایارد ستاره با این حساب در کل عالم حدود هزار میلیارد میلیارد ستاره وجود خواهد داشت. یعنی 10 به توان 21 یا عدد 1 با 21 صفر. این همه ستاره را باید یک جوری دسته بندی کرد تا کار مطالعاتی آسانتر شود. برای این منظور دانشمندان ستاره شناس ستاره ها بر اساس درخشندگی ، رنگ ، ابعاد ، جرم و ترکیب شیمیایی دسته بندی می کنند.
درخشندگی ستاره : برای دسته بندی بر اساس درخشندگی از اصطلاح قدر استفاده می شود. قدر اصطلاحی برای درخشندگی ظاهری ستاره است. قدر صفر – قدر اول – قدر دوم و..... قدر صفر 5/2 بار درخشان تر از قدر اول و قدر اول 5/2 بار درخشان تر از قدر دوم و .... قلب العقرب در صورت فلکی عقرب از قدر اول است و نسرواقع از قدر صفرم یعنی نسرواقع 5/2 مرتبه پرنورتر از قلب العقرب است. اما چون فاصله در میزان درخشندگی ستاره موثر است از اصطلاح قدر مطلق استفاده می شود ، یعنی همه ستاره ها را در یک فاصله ثابت برض می کنیم ( 10 پارسک یا 6/32 سال نوری ) آنگاه درخشندگی آن ها با هم مقایسه می شود . قدر مطلق خورشید 4+ و قدر مطلق نسرواقع 0.5 . اگر خورشید و نسرواقع را در فاصله 10 پارسکی بگذاریم ، نسر واقع 30 بار از خورشید درخشان تر خواهد بود.
رنگ : ستاره ها رنگ های متفاوتی دارند ، از آبی متمایل به سفید تا قرمز . ستاره ها همه رنگ ها را ساطع می کنند اما نه به یک اندازه . نسر واقع ستاره سفید رنگ است . ستاره هرچه داغ تر باشد بیشتر نورهای آبی و بنفش گسیل می کند. ستاره های سردتر بیشتر نور قرمز را. خورشید با دمای 5600 درجه کلوین زردرنگ است.
ابعاد : اندازه ستاره ها با هم فرق دارد . بعضی کوچک در حدود یک صدم قطر خورشید و بعضی بزرگ ده تا صد برابر خورشید .
جرم : جرم اکثر ستاره ها تقریبا اندازه جرم خورشید است . جرم خورشید 2 میلیارد تریلیون تریلیون گرم است . جرم سنگین ترین ستاره در حدود صد برابر جرم خورشید و جرم سبک ترین در حدود 0.04 برابر جرم خورشید است.
ترکیب شیمیایی : خطوط جذبی طیف ، ترکیب شیمیایی ستاره را مشخص می کند . ترکیب شیمیایی ستاره ها تفاوت زیادی با هم ندارد. 60 تا 80 درصد جرم ستاره ها هیدروژن است و بعد از هیدروژن ، هلیم فراوان ترین عنصر است و عناصر دیگر نئون – اکسیژن – کربن – منیزیم – آرگون – سیلیسیم و آهن . هرچه ستاره پیرتر شود عناصر سنگین اش بیشتر می شود.

ستاره های دوگانه

ستاره های دوگانه ستاره هایی هستند که مولفه های آن به طور فیزیکی مقید هستند. آن ها با یکدیگر پیوند گرانشی دارند یعنی دور مرکز جرم مشترک شان گردش می کنند. بیش از نصف ستاره های کهکشان ما ستاره های دوگانه یا چند گانه اند.
بعضی از ستاره های دوگانه ثابت اند ، یعنی مکان مولفه های آن ها از زمان کشف شان تغییر نکرده است . زیباترین ستاره های دوگانه ، دوگانه منقار دجاجه است که به فاصله 410 سال نوری از زمین قرار دارند که جزو ستاره های دوتایی ثابت محسوب می شوند.
نوع دیگر ستاره های دوگانه که به اشتباه دوگانه فرض می شوند ، دوگانه های بصری ( چشمی ) هستند. این ستاره ها ممکن است ده ها سال نوری با هم فاصله داشته باشند ولی ما هر دو آن ها را تقریبا در یک خط ببینیم . معروف ترین دوتایی بصری ، ستاره های عناق و سها در دب اکبر هستند. عناق درست در نقطه خمیدگی دم دب اکبر قرار دارد. سها در فاصله 60 سال نوری و عناق در فاصله 88 سال نوری از زمین قرار دارد. یعنی 22 سال نوری بین این دو ستاره فاصله است ولی چون برای ناظر زمینی در یک راستا قرار دارند به صورت ستاره دوتایی دیده می شوند ، ولی خود عناق یک ستاره دوتایی است . عناق اولین ستاره دوتایی است که توسط جووانی باتیستا ریچولی در سال 1650 کشف شد.