آموزشدانش

زندگی ستارگان جرم متوسط (خورشید مانند)

ستاره‌هایی که جرمشان بین نصف جرم خورشید و هشت برابر جرم خورشید باشد، در گروه ستارگان جرم متوسط قرار دارند. این ستارگان عمر بسیار بالاتری نسبت به ستارگان با جرم بالا دارند و می‌توانند نزدیک به ده میلیارد سال زندگی کنند. خورشید و تعداد بسیار زیادی از ستارگان کهکشان ما جزو این گروه قرار می‌گیرند. در این پست می‌خواهم مراحل زندگی این ستارگان را به اشتراک بگذارم و البته بیشتر بر مراحل آخر زندگیشان تمرکز خواهم داشت.

ستارگان جرم متوسط به مدت چند میلیارد سال هیدروژن را در مرکز خود به هلیوم تبدیل می‌کنند. بسته به عناصری که در ستاره موجود هستند، دو گروه واکنش برای به وجود آمدن هلیوم در ستاره‌ها نقش دارند، زنجیره پروتون – پروتون و چرخه CNO. زنجیره پروتون-پروتون مجموعه‌ای از واکنش‌هاست که در آن چهار پروتون(هسته اتم هیدروژن) تبدیل به یک هسته اتم هلیوم می‌شوند و در مقابل چرخه CNO مجموعه ای از واکنش‌هاست که کربن و نیتروژن و اکسیژن به عنوان کاتالیزگر در به وجود آوردن هلیوم رفتار می‌کنند.

غول‌های سرخ

زمانی که در هسته ستاره به اندازه کافی هیدروژن به هلیوم تبدیل شود این هسته فرومیریزد و در نتیجه لایه‌های بیرونی ستاره گسترش میابند. دمای سطح ستاره کمتر می‌شود و رنگ آن قرمز خواهد بود. به این ستارگان غول سرخ می‌گویند. غول‌های سرخ یک هسته آرام از هلیوم دارند که در آن واکنشی رخ نمی‌دهد. به دور این هسته یک لایه کوچکی قرار می‌گیرد که در آن هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شود. و در نهایت لایه همرفتی هیدروژن که گرما را از قسمت‌های درونی به بیرون انتقال می‌دهد. غول‌های سرخ بسیار بزرگند و خورشید وقتی که به این مرحله برسد، پیش‌بینی می‌شود که تا نزدیک مدار زمین گسترش یابد.

لایه‌ای که هیدروژن می‌سوزاند هلیوم را به هسته هلیومی غول سرخ اضافه می‌کند و در نتیجه بعد از مدتی فشار و دما به حدی می‌رسد که هسته هلیومی شروع به سوختن می‌کند. سوختن هلیم به این شکل است که سه هسته هلیوم با هم واکنش می‌دهند و هسته اتم کربن را تشکیل می‌دهند. اگر کربن یک هسته اتم هلیوم در اختیار داشته باشد ‌می‌تواند به اکسیژن تبدیل شود. این واکنش‌ها انرژی بسیار بالایی نسبت به تبدیل هیذروژن‌ها به هلیوم دارند و به همین دلیل با نام «درخشش هلیوم» شناخته می‌شوند.

غول‌های جانبی

با سوختن هلیوم در هسته، ستاره از مرحله غول سرخی خارج می‌شود اما فقط در مدت چند صد میلیون سال دوباره هسته فرومی‌ریزد. این بار هسته ستاره پر از کربن و اکسیژن است و دو لایه نازک دور این هسته در حال سوزازندن هلیوم و هیدروژن هستند. هسته‌ی ستاره در نتیجه این فروریزی بسیار فشرده شده و دوباره لایه همرفتی و بیرونی گسترش میابد. ستاره یک بار دیگر به یک غول سرخ تبدیل می‌شود اما این بار آن را یک غول جانبی می‌نامیم. غول‌های جانبی هم‌اکنون موضوع مطالعه بسیاری از اخترشناسانند و از این جهت بسیار مهم هستند که به ما توانایی درک نحوه ساخته شدن سحابی‌های سیاره‌ای را نشان می‌دهند. تصویر زیر اطلاعاتی در مورد ساختار غول‌های جانبی به ما می‌دهد که من در ادامه به توضیح برخی از آن‌ها خواهم پرداخت.

زندگی ستارگان جرم متوسط
ساختار غول‌های جانبی

از دست دادن جرم

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، غول‌های جانبی یک هسته اکسیژن و کربن دارند که در آن واکنشی رخ نمی‌دهد و زمانی که ستاره همه‌ی لایه‌های بیرونی خود را از دست می‌دهد، این هسته به عنوان یک ستاره کوتوله سفید باقی می‌ماند. لایه‌های جدا شده به تدریج در فضا گسترده شده و پس از مدتی تبدیل به یک سحابی سیاره‌ای می‌شوند. اما چه چیزی باعث از دست دادن جرم در این ستاره‌ها می‌شود؟

این سوال جواب چندان دقیقی ندارد و همچنان موضوع مطالعه‌ی اخترفیزیکدانان است. هم‌اکنون می‌دانیم که دو مکانیزم در از دست دادن جرم نقش مهمی دارند. یکی لایه‌ی نازک هلیوم که در هر ده تا صد هزار سال آرام است و سپس با شدت شروع به سوزاندن هیلوم به مدت هزار سال می‌کند. انرژی انفجاری شروع این دوره لایه های بیرونی را به سمت بیرون هل می‌دهد. هر چند این انرژی به این اندازه نیست که به یکباره لایه‌های بیرونی را جدا کند، اما به تدریج این شُک وارد شده می‌تواند به مقدار بسیار کمی از جرم ستاره را در مدت یک سال از آن جدا کند.

مکانیزم دوم، تشکیل ذره‌های غبار در اتمسفر ستاره است که با دریافت انرژی تابشی از سطح ستاره به فضای اطراف شتاب داده می‌شوند. ترکیب دو مکانیزم بالا می‌تواند جرم بیرونی ستاره را در مدت چند میلیون سال از آن جدا کند. این ستاره‌ها به دلیل گسترده بودن لایه‌های بیرونیشان دمای بسیار کمی در اتمسفر خود دارند و این دمای کم امکان به وجود آمدن مولکول‌ها و ذرات غبار را فراهم می‌کند. لازم به ذکر است که غول‌های جانبی فقط در مراحل پایانی عمر ستارگان جرم متوسط ظاهر می‌شوند.

پایان عمر ستارگان جرم متوسط

در نهایت از دست دادن جرم به جایی می‌رسد که فقط هسته ستاره(کوتوله‌ی سفید) باقی می‌ماند. این هسته دمای زیادی دارم و با تابش خود گاز و غبار اطراف را یونیزه کرده و آن را به یک سحابی بسیار زیبای سیاره‌ای تبدیل می‌کند. در پایان می‌توانید تعدادی تصویر از سحابی‌های سیاره‌ای را که توسط تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده‌اند، مشاهده کنید.

نمونه‌ای از سحابی‌های سیاره‌ای (پایان عمر ستارگان جرم متوسط)
منبع
پیج ستاره‌شناسی دانشگاه ویکتوریاHöfner, S. & Olofsson, H. Astron Astrophys Rev (2018) 26
برچسب ها

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Solve : *
8 × 16 =


دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن