سلسلة علم الفلك الجزء الأول (حياة النجوم)

بقلم: أسيل حمود الخلايلة

ماذا تعرف عن حياة النجوم ؟

نحن نعرف أن الكوكبات تتكون من نجوم متفرقة وبعيدة عن بعضها البعض نراها على أشكال معينة من سماء أرضنا. من جهتي لا أعرف شيئًا على وجه اليقين، لكن رؤية النجوم تجعلني أحلم”. فان جوخ، حسنًا لابد لنا أن نتعرف على النجوم بشكل عام، كيف تتكون؟ وما خصائصها؟ مقال يتحدث عن حياة النجوم ويمكنك قراءة المزيد من المقالات التي تتحدث عن الطبيعة من هنا. 

مم تتكون النجوم؟

عندما ننظر إلى سماء الليل ونرى نقطة لامعة نقول مباشرة دون تفكير للواقف إلى جانبنا أنظر الى هذه النجمة رغم أنه قد يكون خاطئًا فليست كل النقاط في السماء نجومًا، أعتقد ان أكثر ما نعرف عن النجوم هي أنها كرات شديدة السخونة، لكن ما نريد معرفته الآن كيف تكونت هذه النجوم؟

تتكون النجوم داخل التجمعات الغازية و الغبارية الموجودة في الفضاء والتي تسمى السدم nebulae  ، إذًا تعد السدم الحاضنات التيتولد فيها النجوم ، ويتكون معظم السديم من غازي الهيدروجين و الهيليوم .

المراحل التي تمر بها النجوم

تمر النجوم بمراحل رئيسية اعتمادًا على كتلتها، بداية مع مرحلة النجم الأولي ونهاية مع مرحلة موت النجم المجازية.

في المرحلة الأولى وهي مرحلة النجم الاولي protostar

تبدأ مادة السديم تتراكم بإتجاه مركزه بتأثير الجاذبية ومع مرور الوقت يزداد حجم التراكم فتزداد كثافته وبالطبع سيزداد تأثير الجاذبية، فكلما زادت الكتلة ستستطيع جذب المزيد، هنا ومع زيادة جذب الغبار و الغازات تزداد درجة حرارة المركز،  لكن النجم في هذه المرحلة لا يكون جاهزًا بعد لبدأ اندماج نووي.

قبل أن نكمل لنعرف ما هو الاندماج النووي؟

الاندماج النووي هو تجمع نواتين ذرتين لتكون نواة ذرة واحدة أثقل، حيث تنتج طاقة هائلة عند فقد في الوزن النواة الناتجة عن الاندماج النووي وهذا الفقد في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقًا لمعادلة البرت اينشتاين التي تربط العلاقة بالكتلة و الطاقة. هذا التفاعل هو الذي يغذي الشمس وباقي النجوم الأخرى في الكون، ويمدهم بالحرارة والضوء . ولو أردنا أن نعرفه بشكل أدق هو اندماج بروتونات العنصرين ما ارتفاع عدد البروتونات يتحول من عنصر الى أخر، فمثلًا أندماج ذرتين من الهيدروجين ينتج لنا ذرة واحدة من الهيليوم، وهكذا.

المرحلة الثانية التتابع الرئيس main sequence

تبدأ هذه المرحلة عندما يصل النجم إلى درجة حرارة تسمح له بالاندماج النووي فتندمج نويات الهيدروجين لانتاج الهيليوم، وكما قلنا أن هذا التفاعل ينتج طاقة هائلة، حيث يصبح النجم في هذه المرحلة في حالة اتزان بين قوة الضغط نحو الداخل (الجاذبية) وقوة الضغط نحو الخارج (الحرارية)، وتأخذ مرحلة التتابع الرئيس مدة زمنية طويلة حيث يقضي النجم معظم حياته فيها. من كتاب متاهات الفضاء أسيل حمود الخلايلة قزمٌ بني يشعر بالحزن بعد مناداته بالنجم الفاشل ، لم يكن يعرف أنه قزمٌ بني حقًا . بتأكيد تقول الآن ما علاقة هذا الاقتباس في ما قلناه عن مرحلة التتابع الرئيس؟

الاقزام البنية أو النجوم الفاشلة بسبب كتلتها الصغيرة مقارنة بالنجوم، فأنها تصبح غير قادرة على بدأ الاندماج النووي في مركزها ،وتعتمد في تكون الحرارة على قوة الاحتكاك بين مكوناتها، لذلك لا يصنف العلماء الاقزام البنية كنجوم ولا أيضًا ككواكب بل حالة بينهما، كتصنيف بين تصنيفين، كحالة غير معروفة مثلًا!!  لقد نسي القزم البني من يكون ، يقول لنفسه هل سأصبح نجمًا أم كوكبًا يوما ما كن أنت فقط يا عزيزي، أنت.. أفضل نسخة من نفسك.

تختلف أحجام النجوم  ويعود هذا الاختلاف الى كثافة السحابة الاولى التي تكونت منها هذه النجوم ، إذ تتناسب مدة حياة النجم عكسي مع كتلته، فكلما زادت كتلة النجم استهلك وقود نووي بصورة أسرع.

إذًا لو سألتك أيهما تنتهي حياته أسرع نجم التتابع الرئيس المتوسط أم نجم التتابع الرئيس العملاق؟ الإجابة: نجم التتابع الرئيس العملاق ذلكَ لان الكتلة تتناسب عكسيا مع عمر النجم .

المرحلة الثالثة مرحلة العملاق الأحمر Red giant

لكل بداية نهاية  في هذه الدنيا ، وهذا ما يحصل مع الوقود النووي في قلب النجم التتابع الرئيس ، حيث تتحول جميع ذرات الهيدروجين الىهيليوم ، و بتأكيد لان الهيليوم أثقل من الهيدروجين فيتمركز في قلب النجم فتزداد الكثافة و يزداد معها الضغط فتزداد الحرارة ، حيث يبدأالهيليوم اندماجًا نوويًا جديدًا لتكوين عناصر أثقل و أعلى ، هو عنصر الكربون ، ثم يندمج مع ذرة هيليوم ليكون عنصر الاكسجين .

اذ لم تفهم هذا الجزء فقط أنظر الى هذه السلسلة البسيطة ( الهيدروجين عدده الذري ١ يندمج ذرتين من الهيدروجين فيصبح لدينا عنصرالهيليوم الذي عدده الذري ٢ اذا عندما يندمج لدينا ثلاث ذرات من الهيليوم فيصبح لدينا عنصر الكربون الذي عدده الذري ٦ ولو اندمج معذرة اخرى من الهيليوم فيصبح لدينا الأكسجين الذي عدده الذري ٨ )

تحدث هذه الاندماجات النووية و تستمر بأطلاق طاقة هائلة حتى يحافظ النجم على اتزانه ، لكنها لا تدوم لفترة طويلة ، وبسبب قوة الاشعاعالمنبعثة من النواة  يتضخم حجم النجم وتتمدد الأغلفة المحيطة بالنواة ليصبح أكبر من حجمه بكثير حيث تنخفض درجة حرارة الأغلفة بسببابتعادها عن المركز ، و يزداد حجم النجم أضعاف المرات ليصبح عملاقًا أحمر تخيل أن نجم  بحجم حبة عدس مثلًا ينتفخ ليصبح نجم بحجمكرة قدم ، شيء بديع سبحان الله .

المرحلة الرابعة مرحلة موت النجم

إذًا الان لنتطرق لموضوع مهم تعد الشمس من النجوم المتوسطة ( بالنسبة للحجم ) ، حيث أن هذه النجوم تبدأ بنهاية أعمارها بابعاد أغلفتهاعنها لتتحول هذه الأغلفة في النهاية الى سديم كوكبي Planetary nebula اما مادة القلب المتبقية تسمى قزمًا أبيض white Dwarf ويمثل مرحلة موت النجم حيث يكون حجم القزم الأبيض بحجم الأرض تقريبا و كثافته كبيرة جدًا .

اما النجوم العملاقة الأكبر بمرات من الشمس ، اكون نهايتها أكثر دمارًا ، حيث يدفع الضغط الهائلة على النواة بتالي زيادة الحرارة بالمزيدمن الاندماج النووي حيث يكمل الاندماج بعد الكربون و الأكسجين الى نيون و ماغنسيوم و سيليكون لنصل الى الحديد ، حيث لا يتحولالنجم لعملاق أحمر بل لعملاق أحمر فائق Red supergiant .

عندما يتوقف النجم العملاق عن الاندماج النووي ينهار النجم محدثًا انفجارًا قوي جدًا ، يسمى هذا الانفجار مستعر أعظم super nova وبعد إنهيار النجم يصبح المركز نجم نيتروني اما إذ كان أكبر بما فيه الكفاية فيصبح ثقب أسود Black hole حيث يتميز بجاذبية قوية جدًا.

الأقزام الحمراء red Dwarfs نوع من النجوم لا تتحول لعمالقة حمراء بل تبقى كما هي في حياتها تتكون من سحابة صغيرة لذلك تعد من النجوم الصغيرة  التي تحرق وقودها ببطء شديد جدًا ، حيث أن النهاية المتوقعة لها أن تتحول لأقزام سوداء Black Dwarfs رغم عدم وجوداي قزم أسود في الكون بسبب أن الأقزام الحمراء ما زالت في مرحلة الطفولة و تحتاج الى تريليون من السنوات وعمر الكون التقديري هو13 مليار سنة تقريبًا.

أنواع النجوم:

تنقسم النجوم الى أنواع مختلفة، منها المتغيرة كنجم الغول ومنها  الثنائية كالشعرى اليمانية (نجم ثنائي)، لكن دعنا نتكلم عن كل نوع على حدة لنبدأ.

النجوم المزدوجة والثنائية:

هنالك نجوم كثيرة في السما تبدو قريبة من بعضها البعض على الرغم من أنها تكون متباعدة في الفضاء الخارجي ، تسمى النجوم المزدوجةOptical double stars. وبعد استخدام المقراب ورؤية بعض كثير من النجوم التي تدور حول بعضها البعض حقًا، لذلك أطلقوا عليه أسم النجوم الثنائية Binary stars .  إذًا النجم المزدوج هي النجوم التي تبدو قريبة من أرضنا فقط، أما النجوم الثنائي هي النجوم التي تدور حول بعضها بالحقيقةوهنالك بعض النجوم التي تتكون من نظام متعدد اي أكثر من نجمين تسمى نظام متعدد النجوم Multiple star system. ويعد نجم الشعرى اليمانية ( Sirius) المع النجوم في سماء أرضنا بعد الشمس، من النجوم الثنائية حيث يتكون من نجم عملاق يدور حوله قزم أبيض White dwarf صغير أقل لمعانا.

بعض النجوم الثنائية مرئية وبعضها غير مرئية، وتعد الشعرى اليمانية من النجوم الثنائية المرئية حيث يمكن مشاهدة حركتها بتلسكوب منأرضنا، أما الغير مرئية فيصعب مشاهدتها حتى بأكبر التلسكوبات، وذلك لأن بعض النجوم تدور بقرب شديد من بعضها وبسرعة كبيرة بحيث لا يمكننا الفصل بينهما، هذا مختصر لما يجب عليك معرفته عن النجوم الثنائية .

النجوم المتغيرة (Variable stars):

معظم النجوم التي نراها في السما تكون ذات ضوء ثابت ، نقطة مضيئة لامعة ، لكن بعض النجوم تلاحظ تغير اضاءتها و لمعانها في السمابنمط قد يكون ثابت أو غير ثابت  و يعود ذلك السبب لتغييرات التي تحدث في باطن النجم .

لدينا أنواع من النجوم المتغيرة :

  • النجوم النابضة: هي النجوم التي يخفت ضوءها عند الانكماش ثم تستعيده عند التمدد حيث امر هذه النجوم بدورة من الانكماش و التمدد.

شرح بسيط لعملية الانكماش و التمدد: ( تحدث هذه العملية بسبب سكون الهيليوم في الطبقات العليا للنجم فعندما تزداد درجة حرارة النجميفقد عنصر الهيليوم إلكترونين من مداراته الخارجية، فيصبح ساكن حيث يمنع فوتونات الضوء من المرور من خلاله لذلك تزداد حرارة النجمالداخلي بسبب الطاقة المحصورة فيه ، فيتمدد النجم فتنخفض حرارته وتعود الالكترونات الى مدارتها في الهيليوم ، فيصبح وقتها الفوتوناتقادرة على المرور من خلاله، وتستمر العملية على شكل دورة انكماش وتمدد )ويعد نجم الشمال من النجوم النابضة حيث ينبض مرة كل أربعة أيام .

  • أما النوع الآخر فهي النجوم الثنائية الكاسفة (eclipsing binaries): حيث يحصل تغير لمعانها ( شدة الاضاءة )  بسبب دوران النجمالذي يدور حولها كل كسوف فيحجب النجم المرافق ضوء النجم الرئيسي أثناء دورانه ، تماما مثل الخسوف القمري على أرضنا . ويعد الغول Algol من النجوم الثنائية الكاسفة حيث أنه بطبيعته لا تحدث له عملية الانكماش و التمدد بل يعتبر من النجوم المتغيرة بسببمرور نجمه التابع امامه بالنسبة الينا.

إذًا لدينا نوعان مختلفان من النجوم المتغيرة :

  • المتغيرات الداخلية Intrinsic variables: وهي النجوم التي يتغير لمعانها نتيجة تغيّر داخلي في النجم كالنجوم النابضة .
  • والمتغيرات الخارجية Extrinsic variables: وهي النجوم التي يتغير لمعانها بسبب احتجابها نتيجة دورانها، أو بسبب مرور نجم آخر اوكوكب أمامها . كالنجوم الثنائية الكاسفة .

توجد النجوم أيضًا على شكل تجمعات نجمية تقسم إلى :

  • تجمعات نجمية مفتوحة ( Open clusters): حيث تولد النجوم كتجمعات داخل سحابة ، حيث تحتوي على اعداد كبيرة من النجوم يفصلبينها مسافات قصيرة ، وتتنوع هذه النجوم باعمارها و خصائصها ، ولا تبقى هذه التجمعات معًا للأبد بل تنفصل في النهاية لكن تحتاجملايين السنين .
  • أما التجمعات النجمية المغلقة او الكروية Globular Cluster: فتتميز بشكلها المستدير حيث تظهر النجوم فيها بشكل متراص وتضم عددكبير من النجوم أكثر مما تحتوي التجمعات المفتوحة ، لا تزال عملية تشكلها غير مفهومةً جيدًا، كما أنها تعد أقدم الأجسام في المجرة بشكل عام مما يجعلها محط فضول للكثير من الفلكيين .

هذا كان الجزء الأول من المقال انتظروني في الجزء الثاني بعنوان غيوم ملونة . (شاهد مقاطع فيديو موقع مقال على اليوتيوب)

بقلم: أسيل حمود الخلايلة

 

أضف تعليقك هنا