«تابناک با تو» - چرخه زندگی ستارگان فرآیندی جذاب و پیچیده است که میلیارد‌ها سال را در بر می‌گیرد و مراحل مختلفی از تکامل ستارگان را شامل می‌شود. ستارگان از ابر‌های عظیم گاز و غبار متولد می‌شوند، در سرتاسر وجود خود دچار تغییرات دینامیکی می‌شوند و در نهایت به طرق مختلف به پایان می‌رسند. در این کاوش جامع، به سفر پیچیده ستارگان، از پیدایش تا مرگ نهایی آن‌ها خواهیم پرداخت.
۱- تشکیل پیش ستاره‌ها (تولد):
چرخه زندگی یک ستاره با فروپاشی گرانشی یک ابر مولکولی بزرگ که بیشتر از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است آغاز می‌شود. این ابر‌ها می‌توانند ده‌ها تا صد‌ها سال نوری وسعت داشته باشند و حاوی مواد خام مورد نیاز برای تشکیل ستاره باشند. نیروی گرانش بر ذرات درون ابر تأثیر می‌گذارد و باعث انقباض و تکه تکه شدن آن به مناطق کوچکتر می‌شود.
هنگامی که یک قطعه فرو میریزد، هسته‌ای متراکم و در حال چرخش را تشکیل می‌دهد که به عنوان پیش ستاره شناخته می‌شود. این پیش ستاره به جمع‌آوری مواد از قرص اطراف خود ادامه می‌دهد و جرم و انرژی گرانشی به دست می‌آورد. پیش ستاره اغلب توسط پیله‌ای از گاز و غبار احاطه شده است که نور مرئی آن را پنهان می‌کند و مشاهده مستقیم آن را دشوار می‌کند.
۲- سکانس اصلی (جوانان):
هنگامی که پیش ستاره جرم کافی جمع کرد و به دما و فشار بحرانی در هسته خود رسید، واکنش‌های همجوشی هسته‌ای شعله ور می‌شوند و انتقال از یک پیش ستاره به یک ستاره دنباله اصلی را نشان می‌دهند. توالی اصلی طولانی‌ترین مرحله در چرخه زندگی یک ستاره است که در طی آن ستاره به طور پایدار هیدروژن را به هلیوم در هسته خود می‌سوزاند.
ستارگان بیشتر عمر خود را بر روی سکانس اصلی می‌گذرانند که مدت زمان آن به جرم آن‌ها بستگی دارد. ستارگان پرجرم از طریق سوخت خود سریعتر از ستاره‌های کوچکتر می‌سوزند. به عنوان مثال، خورشید ما یک ستاره دنباله اصلی نوع G با عمر مورد انتظار حدود ۱۰ میلیارد سال است.
۳- غول سرخ/ابرغول (بزرگسالی):
همانطور که یک ستاره سوخت هیدروژن خود را در هسته تخلیه می‌کند، دستخوش تغییرات قابل توجهی می‌شود. برای ستارگانی مانند خورشید ما، لایه‌های بیرونی منبسط می‌شوند و ستاره به یک غول سرخ تبدیل می‌شود. انبساط نتیجه افزایش تولید انرژی در پوسته اطراف هسته تخلیه شده است.
در مورد ستارگان پرجرم‌تر، آن‌ها ممکن است به ابرغول سرخ تبدیل شوند. انبساط این ستاره‌ها اغلب با سنتز عناصر سنگین‌تر از طریق فرآیند‌های مختلف همجوشی هسته‌ای همراه است. لایه‌های بیرونی غول‌های قرمز به فضا پرتاب می‌شوند و پوسته‌ای از گاز یونیزه‌شده به نام سحابی سیاره‌ای را تشکیل می‌دهند.
۴- سوزاندن هلیوم (بلوغ):
در مرحله غول سرخ، هسته منقبض شده و گرم می‌شود. در ستارگانی با جرم بیشتر از حدود ۰. ۴ برابر خورشید، همجوشی هلیوم در هسته آغاز می‌شود. هسته‌های هلیوم با هم ترکیب می‌شوند و عناصر سنگین‌تری مانند کربن و اکسیژن را تشکیل می‌دهند. این فرآیند ستاره را برای مدت نسبتاً کوتاهی در مقایسه با فاز توالی اصلی حفظ می‌کند.
برای ستارگانی که جرم آن‌ها به طور قابل توجهی بیشتر از خورشید است، چندین مرحله از همجوشی هسته‌ای رخ می‌دهد که منجر به تشکیل عناصر به تدریج سنگین‌تر در هسته می‌شود. ادغام عناصر سنگین‌تر انرژی آزاد می‌کند و از فروپاشی گرانشی برای مدت معینی جلوگیری می‌کند.
۵- ابرنواختر (مرگ برای ستاره‌های عظیم):
سرنوشت یک ستاره به جرم آن بستگی دارد. ستارگان پرجرم، آن‌هایی که جرم آن‌ها چندین برابر خورشید است، در نهایت سوخت لازم برای همجوشی هسته‌ای در هسته خود تمام می‌شود. هسته تحت تاثیر گرانش منقبض می‌شود تا زمانی که به چگالی بحرانی برسد، در این نقطه یک رویداد فاجعه‌آمیز به نام ابرنواختر رخ می‌دهد.
در طی یک ابرنواختر، ستاره منفجر می‌شود و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند و لایه‌های بیرونی خود را به فضا پرتاب می‌کند. این انفجار می‌تواند برای مدت کوتاهی از کل کهکشان‌ها پیشی بگیرد و برای پراکندگی عناصر سنگین سنتز شده در هسته ستاره بسیار مهم است. ابرنواختر‌ها نقش اساسی در غنی‌سازی محیط بین ستاره‌ای با عناصری فراتر از هلیوم دارند.
۶- تشکیل ستاره‌های نوترونی یا سیاهچالهها:
بقایای هسته ستارگان عظیم پس از یک ابرنواختر به جرم هسته در حال فروپاشی بستگی دارد. اگر جرم هسته زیر یک آستانه مشخص باشد (حدود ۱. ۴ برابر جرم خورشید)، به یک ستاره نوترونی فرو میریزد. ستارگان نوترونی فوق‌العاده متراکم هستند و عمدتاً از نوترون‌ها تشکیل شده‌اند و اغلب چرخش سریع و میدان‌های مغناطیسی قوی از خود نشان می‌دهند.
برای هسته‌هایی که از حد جرم ستاره نوترونی فراتر می‌روند، فروپاشی گرانشی ادامه می‌یابد و منجر به تشکیل سیاه‌چاله می‌شود. سیاهچالهها مناطقی از فضا هستند که گرانش آن چنان شدید است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند فرار کند. آن‌ها در اندازه‌های متفاوتی هستند، از سیاه‌چاله‌هایی با جرم ستاره‌ای که از فروپاشی ستارگان پرجرم تشکیل شده‌اند تا سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم که در مرکز کهکشان‌ها یافت می‌شوند.
۷- کوتوله‌های سفید (مرگ برای ستاره‌های کم تا متوسط):
برای ستارگانی با جرم کمتر از حدود ۸ برابر خورشید، مراحل نهایی تکامل آن‌ها با ستارگان پرجرم متفاوت است. پس از سوزاندن هلیوم، ستاره لایه‌های بیرونی خود را بیرون می‌اندازد تا یک سحابی سیاره‌ای تشکیل دهد و هسته‌ای داغ و متراکم به نام کوتوله سفید را پشت سر بگذارد.
کوتوله‌های سفید در برابر فروپاشی گرانشی توسط فشار انحطاط الکترونی پشتیبانی می‌شوند، یک اثر مکانیکی کوانتومی که مانع از اشغال الکترون‌ها در همان حالت کوانتومی می‌شود. با گذشت زمان، کوتوله‌های سفید سرد و محو می‌شوند و در نهایت تبدیل به اجسام کم نور و به اندازه زمین می‌شوند که به کوتوله‌های سیاه معروف هستند. با این حال، زمان لازم برای خنک شدن یک کوتوله سفید به این حالت بیشتر از سن فعلی جهان است، بنابراین هنوز کوتوله سیاهی تشکیل نشده است.
۸- بازیافت بین ستاره‌ای:
در طول این چرخه زندگی، ستارگان نقش مهمی در شکل‌گیری و غنی‌سازی کهکشان‌ها دارند. مواد پرتاب شده توسط ستارگان در مراحل مختلف تکامل، از جمله عناصر سنتز شده در هسته آن‌ها، به محیط بین ستاره‌ای کمک می‌کند.
این محیط بین‌ستاره‌ای غنی‌شده به ماده خام برای شکل‌گیری ستارگان، سیارات و سایر اجرام آسمانی جدید تبدیل می‌شود. بنابراین، چرخه تولد، زندگی و مرگ ستاره‌ای، تکامل مداوم کهکشان‌ها و جهان را به عنوان یک کل تداوم می‌بخشد.
در نتیجه، چرخه زندگی ستارگان یک سفر مسحورکننده در زمان و مکان است که توسط تأثیر متقابل گرانش، همجوشی هسته‌ای و نیرو‌های اساسی حاکم بر جهان شکل گرفته است. از تولد پیش‌ستارگان در ابر‌های مولکولی وسیع تا مرگ‌های تماشایی ستارگان عظیم در ابرنواختر‌ها و تشکیل اجرام عجیب و غریب مانند ستاره‌های نوترونی و سیاهچالهها، چرخه زندگی ستاره‌ها طبیعت پویای کیهان ما را منعکس می‌کند. همانطور که ما اسرار کهکشان‌های دور را کشف می‌کنیم و به اعماق جهان نگاه می‌کنیم، درک ما از تکامل ستارگان همچنان در حال گسترش است و بینش‌هایی را در مورد منشاء عناصر و رقص پیچیده ماده و انرژی در مقیاس کیهانی ارائه می‌دهد.
منبع: یک پزشک
