همه چیز درباره ستارگان!

یقیناً دیدن آسمان پر ستاره شب از زیباترین تجربه‌هایی است که یک فرد می‌تواند در طول زندگی خود بدون پرداخت هزینه‌ای داشته باشد، ولی احتمالاً در حال لذت بردن از این صحنه زیبا ذهن پرسش‌گر شروع به پرسیدن سوال در مورد دلیل رخداد این زیبایی کرده است که ستاره چیست؟ نور آن از کجا می‌آید؟ ستارگانی که در آسمان می‌بینیم چه قدر با ما فاصله دارند و ... . اگر ذهن شما در حال دیدن این زیبایی شما را به چالش نمی‌کشد و اجازه می‌دهد از این زیبایی لذت ببرید، بی‌شک شما از خوشبخت‌های روزگار هستید اما اگر ذهن‌تان هر لحظه سوالاتش در مورد ستارگان را تکرار می‌کند و اجازه لذت بردن صرف از این پدیده شگفت‌انگیز را نمی‌دهد در این مطلب از مجله فرادرس می‌توانید جواب‌های خوبی برای سوال‌هایتان در مورد ستارگان پیدا کنید.

ستاره چیست؟ به معنای علمی، یک ستاره توپی از هیدروژن و هلیوم با جرم کافی است که می‌تواند همجوشی هسته‌ای را در هسته خود حفظ کند. خورشید یک ستاره است. ستاره‌‌ها می‌توانند در اندازه‌ها و رنگ‌های مختلفی باشند. هر جرم آسمانی بزرگ که در اثر منابع انرژی داخلی خود تابش ساطع می‌کند را ستاره می‌گویند. از ده‌ها میلیارد تریلیون ستاره که جهان قابل مشاهده را تشکیل می‌دهند، تنها درصد بسیار کمی با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند.

بسیاری از ستاره‌ها به صورت جفت، چند سیستمی یا خوشه‌های ستاره‌ای هستند. اعضای سیستم‌های ستاره‌ای از طریق منشاء مشترک فیزیکی با یکدیگر در ارتباط هستند و تحت تاثیر نیروی گرانشی متقابل یکدیگر می‌باشند. معمولاً خوشه‌های ستاره‌ای متشکل از گرو‌ه‌های ستاره‌ای هستند. این گروه‌ها از ستارگان مشابه تشکیل شده‌اند که به عنوان یک گروه از جرم کافی برخوردار نبوده‌اند تا به عنوان یک سیستم واحد در کنار یکدیگر باقی بمانند.

ستاره از چه موادی ساخته شده است؟ ستارگان از گازهای بسیار داغ ساخته شده‌اند. این گازها بیشتر هیدروژن و هلیوم می‌باشند که دو عنصر سبک هستند. بیشتر ستارگان مقادیر کمی از عناصر سنگین‌تر مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن و آهن دارند که توسط ستارگانی که قبل از آن‌ها وجود داشته‌اند، ایجاد شده است. پس از آن که سوخت یک ستاره تمام شود بخش زیادی از مواد خود را به فضای بیرون می‌دهد و ستارگان جدیدی با این مواد تشکیل می‌شوند. بدین ترتیب مواد در ستارگان بازیافت می‌شوند.

ستارگان چگونه متولد شده‌اند؟ ستارگان درون ابرهای غبار متولد می‌شوند و تقریباً در تمام کهکشان‌ها پراکنده‌اند. یک نمونه آشنا از تشکیل ستارگان در ابر گرد و غبار «سحابی شکارچی» (سحابی یک ابر ستاره‌ای حاوی گرد و غبار، هیدروژن، هلیوم و سایر گازهای یونیزه شده است) (Orion Nebula) است. حدود 75 % 75% ماده جهان هیدروژن و 23 % 23% هلیوم است. این مقادیری است که از مه‌بانگ بزرگ باقی مانده است. این عناصر در ابرهای پایدار بزرگ متشکل از گاز مولکولی سرد وجود دارند

گاهی یک اختلال گرانشی مانند انفجار ابرنواختر یا برخورد کهکشان‌ها باعث فروپاشی ابر گازی شده و روند تشکیل ستاره آغاز می‌شود. آشفتگی و اختلال در اعماق این ابرها گره‌هایی با جرم کافی تولید می‌کند و سبب می‌شود گاز و گرد و غبار تحت تاثیر جاذبه گرانشی خود شروع به فروپاشی کنند. با فروپاشی ابر گرد و غبار، مواد در مرکز ابر شروع به گرم شدن می‌کنند. هسته داغ در مرکز ابر گرد و غبار در حال فروپاشی به عنوان یک پیش‌ستاره شناخته می‌شود که یک روز به یک ستاره تبدیل می‌شود.

مراحل تشکیل و تغییر ستارگان پیش‌ستارگان در مرکز ابر گرد و غبار با فروپاشی گرانشی همه هیدروژن و هلیوم ابر گازی و گذشت زمانی در حدود 100,000 سال گرم و داغ شده و به ستاره «تی ثوری» (T Tauri) تبدیل می‌شوند. سرانجام پس از گذشت حدود 100 میلیون سال از فروپاشی ابر گازی، دما و فشارهای موجود در هسته به میزانی می‌رسد كه همجوشی هسته‌ای می‌تواند آغاز شود. از این نقطه به بعد جسم یک ستاره است. آیا فرآیند تشکیل ستارگان غول پیکر متفاوت است؟ مدت زمان زیادی دانشمندان این سوال را مطرح می‌کردند که آیا تشکیل ستارگان غول پیکر نیز مانند دیگر ستارگان اتفاق می‌افتد؟ یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه کالیفرنیا تشکیل ستارگان غول پیکر را مورد تحقیق و بررسی قرار دادند. شبیه‌سازی‌‌های آن‌ها نشان داد که در اثر فروپاشی گاز غبارآلود به داخل هسته در حال رشد یک ستاره بزرگ، با وجود فشار تابشی به سمت خارج و جذب مواد به دلیل گرانش به سمت داخل، ناپایداری‌هایی حاصل می‌شوند که باعث خروج تابش از ابر به فضای بین ستاره‌ای می‌شوند. در همین زمان گاز داخل ابر از طریق کانال‌های دیگر در حال کاهش است.

چرخش ابر گازی در هنگام فروپاشی منجر به تشکیل دیسک مواد برای تغذیه پیش‌ستاره در حال رشد می‌شود. این دیسک از نظر گرانشی ناپایدار است، با این وجود باعث جمع‌آوری مواد و تشکیل مجموعه‌ای از ستارگان کوچک ثانویه می‌شود که اکثر آن‌ها در نهایت با پیش‌ستاره مرکزی برخورد می‌کنند. در این شبیه‌سازی، یک ستاره ثانویه به اندازه کافی بزرگ شد و دیسک خود را تشکیل داد تا به یک ستاره بزرگ جفت تبدیل شود. یک ستاره سوم و کوچک نیز قبل از سقوط مجدد و ادغام با ستاره اصلی اولیه در یک مدار بزرگ خارج شد. محققان شبیه سازی را پس از گذراندن زمان 57,000 سال متوقف کردند و متوجه شدند این دو ستاره دارای جرم‌هایی برابر با 41٫5 و 29٫2 برابر جرم خورشید هستند و در مدار نسبتاً گسترده‌ای دور یکدیگر می‌چرخیدند.

این شبیه‌سازی‌ها نشان داد که هیچ مکانیسم متفاوتی برای تشکیل ستاره‌های غول پیکر وجود ندارد و ستارگان غول پیکر نیز دقیقاً مانند ستاره‌های کم جرم از طریق فرآیندهای افزایشی شکل می‌گیرند. بدین ترتیب دیده شد که تشکیل ستارگان با جرم‌های متفاوت فرآیند یکسانی را طی می‌کند.

نور ستاره‌ها از کجاست؟ ستارگان با سوزاندن هیدروژن به هلیوم در هسته های خود می‌درخشند و در طول عمر خود عناصر سنگین‌تری ایجاد می‌کنند. ستارگان اجسام کروی شکل و بزرگی از پلاسمای داغ هستند که از هیدروژن، هلیوم و عناصر دیگری که مقدار کمتری دارند تشکیل شده‌اند. نیروی گرانش، مواد داخل ستاره را در کنار هم نگه می‌دارد و آن را فشرده می‌کند. میزان این نیرو به قدری است که ستارگان به اندازه زمین یا حتی کوچکتر فشرده می‌شوند. هرچه یک ستاره کوچکتر شود، اصطکاک گرانشی باعث گرم شدن هسته می‌شود. هنگامی که دمای هسته ستاره به 15 میلیون کلوین برسد سوختن هیدروژن آغاز می‌شود. یعنی اتم‌های هیدروژن از طریق یک فرآیند چند مرحله‌ای با یکدیگر برخورد می‌کنند تا هلیوم تشکیل شود. این فرآیند گرمازا است، یعنی بیش از آنکه انرژی بگیرد به محیط انرژی می‌دهد. برای مثال ستاره‌ای مانند خورشید در هر ثانیه 3.86 × 1 0 26 3.86×10 26 ژول تابش گاما آزاد می‌کند. فوتون‌های حاصل از فرآیند گرمازا در داخل ستاره به دام می‌افتند و باید خارج شوند. طی یک فرآیند که می‌تواند بیش از 100,000 سال طول بکشد فوتون‌ها بطور مداوم ساطع می‌شوند

و سپس توسط اتم‌های خورشید جذب می‌شوند. هر یک از این پرش‌ها باعث کاهش انرژی فوتون می‌شود. هنگامی که سرانجام فوتون‌ها به سطح ستاره می‌رسند انرژی عظیمی از دست داده‌اند و از پرتوهای گاما پرانرژی به طول موج‌های مرئی تغییر کرده‌اند. با آزاد شدن فوتون‌ها از سطح ستاره و عبور از فضای خلاء، ستاره را یک جسم نورانی می‌بینیم. اگر نور مرئی ستارگان در مسیر حرکت خود با چیزی برخورد نکند می‌تواند برای میلیون‌ها میلیارد سال و یا حتی تریلیون‌ها سال به حرکت ادامه دهد.