زایش و مرگ ستارگان

چندی پیش به اصرار برادر همسرم فیلم بسیار معروف "بین ستاره ای" را تماشا کردم. این فیلم به طرز نسبتا قابل قبولی نسبت به مسائل علمی اخترشناسی وفادار بود. ستارگان نوترونی، سیاه چاله ها، اتساع زمان ، مکانیک کوانتوم و غیره در این فیلم مورد دقت بود.

تصمیم گرفتم در مورد زایش و مرگ ستارگان بر اساس مکانیک کوانتوم و نسبیت عام و خاص اینشتین پستی برای عموم خواندگان بگذارم که قابل فهم باشد. پست فعلی تماما بر اساس سه پست قبلی در مورد نسبیت اینشتین، مکانیک کوانتوم و ذرات بنیادی است. لطفا قبل از خواندن پست فعلی، مطمئن شوید که سه نمونه از پستهای قبلی این وبگاه  را خوانده اید.

ستاره چیست؟

ستاره چیزی نیست جز تجمعی از گاز (عمدتا هیدروژن) که به علت نیروی گرانش کنار هم کشیده شده اند. نمونه کاملا آشنای ستارگان، کره خورشید است. برای ادامه مطلب باید دانست که سرنوشت هر ستاره وابسته به جرم اولیه آن است. این جرم با واحد "جرم خورشید" اندازه گیری میشود که در واقع برابر است با دو نونیلیون (ده به توان سی) کیلوگرم ماده.

ستارگان ردیف (سکانس) اصلی

بدنبال انباشته و فشرده شدن گازهای متراکم کنار هم، فشار درون ستاره کم کم بالا میرود. افزایش فشار و حرارت درون ستاره منجر به گداخت هسته (فیوژن) درون مرکز ستاره شده که باعث میشود در برابر فروپاشی ستاره در زیر بار جاذبه خود مقاومت کند. شکل فوق نمای تولد یک ستاره را نشان میدهد. ستارگان در این مرحله از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده میکنند و چهار اتم هیدروژن را به یک اتم هلیوم تبدیل میکنند. این تبدیل بر اساس نسبیت خاص اینشتین و هم ارزی ماده و انرژی مقدار زیادی انرژی تولید میکند. جالب است بدانید از همین انرژی در بمب هیدروژنی استفاده میشود و قرار است از همین انرژی در رآکتورهای گداخت استفاده شود.

ستارگان با جرم متوسط مانند خورشید معمولا با سرعت نسبتا کمی سوخت هیدروژن خود را مصرف میکنند (به عنوان مثال عمر خورشید تقریبا ده بیلیون سال خواهد بود یا ده به توان ده سال که البته نیمی از آن گذشته است)، در حالیکه ستارگان با جرم بیشتر با سرعت زیادی سوخت خود را مصرف کرده و به اتمام میرسانند. بسته به جرم ستاره یکی از اتفاقات زیر برای ستاره خواهد افتاد:

کوتوله های قرمز

کوتوله های قرمز جرم بسیار کمی دارند (کمتراز نصف خورشید). این ستارگان با سرعت بسیار کم سوخت خود رامصرف کرده و در پایان عمر کم کم محو و محو شده و عملا سوختشان بدون هیچ اتفاق خاصی تمام میشود. در واقع تا تریلیونها سال این ستارگان بر جای خود برقرارند. این ستارگان پرشمارترین ستارگان کهکشان راه شیری هستند.

غولهای سرخ

ستارگان با جرم معادل نصف تا هشت برابر خورشید پس از اینکه هیدروژن خود را تقریبا به انتها رساندند شروع به بزرگ شدن میکنند و بسیار بسیار حجیم میشوند. به عنوان مثال خورشید در پایان عمر خود احتمالا آنقدر بزرگ میشود که زمین را هم خواهد بلعید یا بسیار نزدیک زمین خواهد رسید (شکل زیر)

پس از این مرحله یا به سرعت یا به تدریج ستاره از هلیوم به عنوان سوخت استفاده خواهد کرد وسپس ستاره دوباره به اندازه نسبتا کوچکی باز میگردد و سیکل مربوطه دوباره تکرار میگردد ولی این بار با سرعت خیلی بالا. پس از اتمام سوخت هلیوم، قشر بیرونی ستاره تبدیل به گرد و غبار کیهانی شده و ستاره تبدیل به یک کوتوله سفید میشود.

شکل بالا نمایشی از مرحله غول سرخی خورشید از روی زمین است.

کوتوله های سفید

کوتوله های سفید بازمانده ناشی از کلاپس گرانشی ستاره های با جرم متوسط هستند (مانند خورشید). این ستاره ها از الکترونها تشکیل شده اند و بر اساس اصل طرد پائولی این الکترونها دیگر دچار فروپاشی گرانشی نمیشوند و تا مدتها به همین صورت باقی خواهند ماند. پس از میلیاردها سال دیگر حرارتی در ستاره باقی نخواهد ماند و تبدیل به کوتوله سیاه خواهد شد.

شکیل بالا نزدیکترین کوتوله سفید به زمین به نام سیریوس بی را نشان میدهد

شکل بالاتر نمایی از مقایسه سایز خورشید، یک غول سرخ و یک ابر غول سرخ است

ستاره های نوترونی

ستاره های نوترونی منحصرا از نوترون تشکیل شده اند و باز هم بر اساس اصل طرد پائولی بر فروپاشی گرانشی غلبه میکنند. یک ستاره نوترونی جرمی حدود دو برابر خورشید را دارد در یک قطر ده تا دوازده کیلومتر و بسیار بسیار چگال است. هر قاشق چایخوری از ستاره نوترونی حدود هزار تن جرم خواهد داشت.

به علت چگالی بسیار بالای ستاره های نوترونی و بر اساس نسبیت عام اینشتین.، در نزدیکی ستاره های نوترونی زمان و مکان چنان خمیده است که هر دقیقه بر روی سیاره نوترونی میتواند چند ماه بر روی کره زمین طول بکشد. ستاره های نوترونی چنان نور را خم میکنند که در صورت مشاهده یک ستاره نوترونی از روبرو بیش از نیمی از آن را خواهیم دید (شکل زیر)ا

سیاهچاله ها

بر طبق نسبیت عام اینشتین اگر جرم کوتوله سفید از حد چاندراسخار(یک و چهار دهم خورشید)  و جرم ستاره نوترونی از حد تلمان-اوپنهایمر (حدود یک و نیم تا سه خورشید) بیشتر باشد ستاره کاملا زیر بار جرم خود فرو میپاشد و تبدیل به یک سیاهچاله میشود. سیاهچاله جایی از فضا است که خمیدگی فضا و زمان در آن بینهایت است و در واقع حتی نور هم از جاذبه آن نمیتواند بگریزد. احتمالا در مرکز بسیاری از کهکشانها سیاهچاله های بسیار عظیمی قرار دارند.

(شکل 2)نمای سیاهچاله ای را نشان میدهد که در فیلم "بین ستاره ای" نمایش داده شد. حلقه عمودی دور سیاهچاله ای که میبینید در واقع به علت خمیدگی شدید نور در کنار آن اتفاق افتاده است والا باید فقط حلقه افقی دیده شود. در واقع شما دارید حلقه افقی پشت سیاهچاله را میبینید و شکل یک تصویر تمام آرایه های تلسکوپی دقیق بروی زمین و فضا میباشد که هم زمان و در یک لحظه همگی به مرکز کهکشان خودمان چشم دوخته و توانستند اولین تصویر از یک سیاه چاله آن هم در مرکز کهکشام خودمام بنام سیاه چاله مرکزی (کمان A)را به ثبت برسانند.

باید دانست بر خلاف تصور، یک سیاهچاله تمام اطراف خود را نمیبلعد بلکه فقط اجسامی که از یک فاصله به نام "افق رویداد" به آن نزدیکتر میشوند ،دیگر راه فراری نخواهند داشت. اگر یک سیاهچاله با جرم خورشید به جای خورشید در منظومه شمسی قرار دهیم اتفاق خاصی نمی افتد. ما باز هم به دور آن خواهیم گشت و خورشید را احتمالا مشابه تصویر بالا خواهیم دید. در سیاهچاله تمام فرمیونها به طریقی به بوزون تبدیل میشوند و در یک نقطه از فضا تمام جرم متمرکز میشود. ما از ماهیت این جرم بی خبریم..

کمی از جدیت در آییم

الف- اگر میخواهیم از شر مادر زن یا مادر شوهر خود راحت شوید هرگز او را به سفر دور سیاهچاله نفرستید، پس از برگشت او و شما احتمالا همسن باشید یا ازاو پیرتر. این به علت اثر انبساط زمان در اطراف سیاهچاله بر اساس نسبیت عام است.

ب- اگر میخواهید برای جوان ماندن نسبت به مادر شوهر خود به روی یک ستاره نوترونی بپرید دوباره کمی فکر کنید. قبل از رسیدن بر روی ستاره مانند اسپتاگتی کش خواهید آمد و پایان عمر شما سر میرسد.

ج- سعی کنید همسرتان را از افراد بسیار بزرگ و با جرم زیاد  انتخاب کنید که در پایان عمر خود مانند یک ابرنواختر پولهایش را به اطراف شما بریزد.

د- البته اگر همسر شما اتفاقا از حد چاندراسخار پر جرمتر بود آنگاه دیگر در پایان عمر تبدیل به سیاهچاله شده و تمام پولهای شما را میبلعد. پس در انتخاب جرم همسر خود دقت کنید

ه- اگر میخواهید روی دیگر همسرتان را ببینید یک همسر از ستاره های نوترونی انتخاب کنید. جاذبه او چنان نور را خم میکند که پشتش را میبینید

و- خانمهایی که میخواهند لاغر شوند یک راه لاغر شدن این است که آنقدر چاق شوید که بالاخره در زیر بار جاذبه خود فروبپاشید و تبدیل به سیاهچاله شوید. در این صورت اصلا جایی را از فضا اشغال نخواهید کرد ولی هر چه بخواهید جرم دارید و هرچه هم بخواهید میتوانید ببلعید و لذث ببرید

نویسنده مقاله :

کاووس پدیدار

تصاویر :

انتخابی از جسجوگر گوگل

مترجم متن :

کاووس پدیدار

کانال تلگرام ما :

HTTPS://T.ME/UONIVERSE

کانال تعرفه تبلیغات و تبلیغ :

HTTP://I.ME/TABLIGHATCHEE

کانال موزیک ویدئوهای ماندگار :

HTTPS://T.ME/BEHESHTEROCKBAAZ