چرخه‌ی حیات یک ستاره

چرخه‌ی حیات یک ستاره با یک سحابی آغاز می‌گردد و به یک سیاه چاله خاتمه می‌یابد. طول عمر یک ستاره به جرم آن بستگی دارد. هرچه جرم آن بیشتر و حجیم‌تر باشد مدت زمان عمر آن نیز کوتاهتر خواهد بود. با این وجود این "طولانی" و "کوتاه" بودن‌ها در میلیون‌ها و بیلیون‌ها سال است! اکنون شما به خوبی می‌دانید که چرخه‌ی حیات یک ستاره تا چه اندازه است! اطلاعات بیشتری را در این مورد کسب نمایید . . .
ستاره ها متولد میگردند، ستاره ها پیر میشوند، ستارهها میمیرند. در واقع چرخه ی حیات یک ستاره "جدال آن برای بقاء" است، مبارزه با کشش نیروی جاذبه و فشار درونی. بخش عمدهای از حیات یک ستاره در مرحله ی توالی اصلی سپری میشود. اکثر ستاره ها، مشخصاً خورشید ما، هیدروژن را هم جوش با هلیم و هلیوم را هم جوش با عناصر سنگینتری مانند کربن، اکسیژن و حتی بالاتر تا آهن و نیکل مینمایند. ستارهها در طول انجام این فرآیند انرژی خود را خالی میکنند. ستاره ها در طول عمر خود تحت یک سری تغییرات قرار میگیرند. این فرآیند با نام تکامل ستارهای شناخته میشود، که در طول آن ساختار، ترکیب و ظاهر آنها تغییر پیدا مینماید. ستاره های بسیار غول آسا تنها برای چند میلیون سال عمر میکنند، در حالی که آن دسته از ستاره ها که از اندازهی کوچکتری برخوردار هستند به مدت تریلیونها سال به حیات خود ادامه میدهند.
اشتباه نخواهد بود اگر بگوییم که یک ستاره توده ای سوزان از گاز است. یک ستاره از هسته ی درونی، جایی که فرآیند هم جوشی در آن رخ میدهد و یک پوسته ی بیرونی گازی تشکیل میشود. هسته داغ و متراکم است و به عنوان مرکز گرانشی ستاره عمل مینماید. پوسته ی خارجی ستاره که از هیدروژن و هلیوم ساخته شده است کار انتقال گرما از هسته ی ستاره به سطح آن را آسان میگرداند. از سطح ستاره نور و انرژی گرمایی به درون فضا آزاد میشود. در این جا اطلاعاتی بیشتر از مراحل چرخهی حیات یک ستاره آورده شده است.

سحابی

ستاره ها در سحابی ها متولد میشوند. نوع ماده ی درون سحابی اندازه ی ستاره را تعیین مینماید. سحابی ها ابرهایی از گاز و خاک در درون فضا هستند. ذرات به خاطر نیروهای گرانشی خود در کنار یک دیگر باقی میمانند. ممکن است سحابی ها به خاطر رمبش گرانشی گاز در ISM شکل گرفته باشند. رمبش گرانشی به زوال درونی یک جرم در اثر نیروی جاذبه ی خودش اشاره دارد. برخی از سحابی ها از اَبَر نو اخترها شکل گرفته اند. در این جا، ذرات پرتاب شده در اثر انفجار یونیزه شده و در کنار یک دیگر جمع میگردند و تشکیل یک سحابی میدهند. امکان دارد ابرهای غبار و گاز (عمدتاً هیدروژن) به وسیله ی یک ستاره ی در حال گذر از جای خود تکان بخورند و موجب شوند تا این ذرات به یک دیگر نزدیکتر گردند. این امر موجب میگردد تا ماده ی درون سحابی به سمت یک نقطه ی مرکزی متمرکز گردد و به ماده ی مرکزی ستارهی جدید تبدیل شود. بسته به مقدار ماده یک ستاره ی کوتوله و یا یک ستاره ی جدید شکل میگیرد. جرم بحرانی برای شکل گرفتن یک ستاره ی جدید تقریباً 80 برابر بزرگتر از جرم مشتری است. سحابی ها از انواع مختلفی برخوردار هستند. سحابیِ گسیل از خود، نور ساطع می‌نماید (الکترونهای اتمهای هیدروژن با پروتون ها ترکیب میشوند و طی این فرآیند نوری سرخ رنگ را از خود بیرون میدهند). سحابیِ باز تابی شروع به نور دادن مینماید (ذرات غبار موجود در آنها نور ستارگان را باز تاب میدهند). بسیاری از آنها به مدت سالها در فضا معلق باقی میمانند، در حالی که برخی دیگر قادر هستند تا شاهد پیدایش ستاره ای جدید باشند!

ستاره‌ی اولیه

نیروهای گرانشی موجب گردش ذرات در درون یک سحابی میشوند. با افزایش یافتن سرعت چرخش آنها، این سرعتها موجب میگردد تا ذرات در کنار یک دیگر به صورت تودهای در آیند و تشکیل ساختاری ابر مانند بدهند. این همان زمانی است که یک "ستاره ی اولیه" متولد میشود. در صورتی که ساختارهای توده شده ی بزرگ به صورت ابرهایی کوچک شکسته شوند، امکان دارد که چندین ستاره ی اولیه تشکیل گردد. نیروهای گرانشی موجود در ذرات باعث انقباض و گرمایش ستاره میشوند. ویکتور آمبارتسومیان که یک فیزیک دان است برای اولین بار نظریه ی وجود یک ستارهی اولیه را پیشنهاد داد. یک ستاره ی اولیه در نتیجه ی انقباض گاز ابرهای مولکولی غول آسا در ISM تشکیل میشود. یک ستاره ی اولیه شروع به رشد دادن جرم خود میکند، که به معنی اضافه نمودن اتمها به مرکز خود است. در نتیجه ی این بر افزایش، ستاره ی اولیه قادر به رسیدن به تعادل نیست. این فرآیند با تشکیل یک ستاره ی تی توری به پایان میرسد. امکان دارد 100،000 سال به طول انجامد تا این که یک ستاره ی اولیه به مرحله ی توالی اصلی در چرخه ی حیات خود برسد.

ستاره‌ی توالی اصلی

هنگامی که فشار گاز درون ستاره با نیروی جاذبه برابری نماید، ستاره به حالتی پایدار دست مییابد و شروع به وارد شدن به مرحله ی توالی اصلی مینماید. در این مرحله ستاره دمایی در حدود 15،000،000 درجه ی سلسیوس را کسب مینماید. هم جوشی هسته ای به وقوع میپیوندد و ستاره شروع به درخشیدن میکند. ستاره منقبض شده و پایدار میگردد. اکنون این ستاره، ستاره ی توالی اصلی و یا ستاره ی پایدار خوانده میشود. ستاره های پایدار حالتی متعادل را از خود به نمایش میگذارند. هنگامی تعادل به دست می آید که نیروی به وجود آمده از مرکز برابر با نیروی گرانشیای گردد که اتم ها را به سمت درون میکشد. با منقبض شدن ستاره، دما، تراکم و فشار در هسته ی ستاره شروع به افزایش یافتن مینماید. یک ستاره در بخش عمده ای از طول عمر خود در مرحله ی توالی اصلی خود باقی میماند. تبدیل هیدروژن به هلیوم در طول این مرحله از چرخه ی حیات یک ستاره به وقوع میپیوندد.

ستاره‌ی غول سرخ

به علت این که ستاره از خود انرژی ساطع مینماید، دما در هسته ی آن به آرامی بالا میرود. به وسیله ی فرآیند هم جوشی هسته ای هیدروژن به هلیوم تبدیل میشود. هنگامی که هیدروژن موجود در هسته رو به زوال رود، هسته پایداری خود را از دست میدهد. دما و فشار شروع به افزایش مینمایند. در این مرحله اندازه ی دما و فشار چنان بالا است که هلیم میتواند با کربن هم جوشی کند. میتوان این امر را با نام سوزاندن هلیوم مورد اشاره قرار داد. سپس ستاره شروع به ساطع نمودن نورهای سرخ رنگ میکند، و بدین ترتیب وارد مرحله ی ستارهی غول سرخ میگردد. ستاره های غول آسای بسیار بزرگ با نام ستارهی ابر غول آسا شناخته میشوند. آنها از حیث اندازه بسیار بزرگ هستند (قطر آنها تقریباً به اندازهی 1000 برابر قطر خورشید میرسد) و از درخشش بسیار بالایی برخوردار هستند. مسیری که یک ستاره پس از این مرحله طی مینماید بستگی به جرم آن دارد. این ستاره ممکن است تبدیل به یک ستاره ی نوترونی، ستاره ی کوتوله ی سفید، ستارهی کوتوله ی سیاه و یا یک سیاه چاله گردد.

ستاره‌ی کوتوله‌ی سپید

ستاره هایی که از جرم کمتری برخوردار هستند تبدیل به یک ستاره ی کوتولهی سفید میگردند. هستهی آنها منقبض شده و تبدیل به یک ستارهی کوتوله ی سفید میگردد، در حالی که لایه های بیرونی آنها سحابی های سیاره ای هستند. ستارههای کوتوله ی سفید کوچک، متراکم و به طور عجیبی کم نور هستند. ستاره شناسی به نام ویلم جاکوب لویتن این نام را بر آنها گذاشت. ستاره های کوتوله ی سفید از مادهی تباه الکترون تشکیل میشوند. آنها معمولاً از کربن و اکسیژن تشکیل میشوند. در صورتی که دمای آنها کربن و نئون را هم جوش کرده باشد، یک ستاره ی کوتوله ی سفید اکسیژن - نئون - منیزیومی تشکیل میگردد. فشار تباهیدگی الکترون موجب میگردد تا ستاره های کوتوله ی سفید متراکم گردد. از آن جایی که آنها از کم بود منابع انرژی برخوردار هستند، این ستاره ها که در ابتدا داغ هستند، با تشعشع کردن تمام انرژی خود سرد میشوند. ستارههای کوتولهی سفید جرمی برابر با جرم خورشید و حجمی برابر با حجم زمین دارند. پس از تخلیه شدن تمام انرژی، یک ستاره ی کوتوله ی سفید وارد مرحله ی "کوتوله ی سیاه" میشود.

ابر نو اختر

اَبَر نو اختر انفجاری از یک ستاره همراه با ساطع شدن پرتو و نور است. گاهی اوقات، نور ساطع گردیده از یک ابر نو اختر میتواند کل یک کهکشان را تحت الشعاع قرار دهد. دو نوع اصلی از ستاره های ابر نو اختر وجود دارد. یکی زمانی است که یک ستاره ی کوتوله ی سفید کربن - اکسیژن به یک مقدار تراکم بحرانی برسد، امری که منجر به هم جوشی غیر کنترل شدهی کربن و اکسیژن و در ادامه منجر به انفجار میگردد. نوع دوم ستاره ی ابر نو اختر با به پایان رسیدن چرخه ی حیات یک ستاره ی بسیار بزرگ تشکیل میشود. هنگامی که تمام انرژی موجود در یک ستاره رو به افول رود، هسته ی آهنی طی انفجاری فرو میپاشد و یک ستاره ی ابر نو اختر شکل میگیرد.

ستاره‌ی نوترونی

یک ستاره در مرحله ی ابر ستارهی سرخ مسیر چرخه ی حیات متفاوتی را طی مینماید. هم جوشی باعث میشود تا اتم های هلیوم، اتم های کربن را پدید آورند. آنها به خاطر جاذبه بیشتر به سمت یک دیگر کشیده میشوند، که این امر موجب شکل گیری اکسیژن، نیتروژن و در نهایت اتم های آهن میشود. آهن شروع به جذب نمودن انرژی میکند که این امر منجر به یک انفجار میگردد. در طول این مرحله در چرخه ی حیات یک ستاره، این ستاره به نام ستاره ی نوترونی شناخته میشود. یک ستاره ی نوترونی عمدتاً از نوترون تشکیل میشود و بسیار داغ و به شدت متراکم است (متراکمتر از ستاره ی خورشید!). هسته ی ستاره های بسیار بزرگ فرو میپاشد و جفت های پروتون - الکترون به صورت نوترون در میآیند. امکان دارد یک ستاره ی نوترونی به سرعت به دور خود بچرخد و از خود نور و پرتوهای ایکس ساطع نماید. این ستاره ی در حال چرخش به شدت مغناطیسی شده به حالت تپیدن در میآید و به نام "اختر تپنده" شناخته میشود. این ستاره ها با نظمی شگفت آور ارتعاش دارند.

سیاه چاله

ستاره های بسیار بزرگ تبدیل به سیاه چاله میشوند. هیچ گونه هم جوشی هسته ای وجود ندارد، هسته ی ستاره به یک نقطه نقصان مییابد و ستاره به وسیله ی جاذبه ی خود فرو بلعیده میشود و بدین گونه تبدیل به یک سیاه چاله میگردد. همان گونه که ممکن است بدانید، یک سیاه چاله ناحیه ای است که هیچ چیز نمیتواند از میان آن عبور نماید. سیاه چاله هر آن چه که در سر راهش قرار گیرد را فرو میبرد و بر اندازه ی خود میافزاید. سیاه چاله ها زمانی به وجود میآیند که ستاره های سنگین در اواخر طول عمر خود به صورت یک ابر نو اختر متلاشی میشوند.
سیاه چاله هایی که بدین گونه تشکیل میشوند با جذب کردن اجرام اطراف خود و فرو بردن دیگر ستاره ها و در هم آمیختن با دیگر سیاه چاله ها بزرگتر میگردند. این امر منجر به پیدایش سایه چاله هایی بسیار عظیم میشود. در این نقطه است که چرخه ی حیات ستاره به انتهای خود میرسد.