ستاره ها در بستر مرگ

ستاره, بعد از طی کردن بیش‌تر عمر خود در حالت بلوغ, مرحله‌ی نهایی نورافشانی خود را به صورت غول سرخ آغاز می‌کند. دلیل این نام‌گذاری این است که ستاره در این مرحله سردتر می‌شود و از این رو به رنگ قرمز در می‌آید. و هم چنین اندازه‌ی آن به طور قابل ملاحظه‌ای بزرگ‌تر می‌شود. مسیری که در طی آن یک ستاره تبدیل به غول سرخ می‌شود, بستگی به جرم و ترکیبات شیمیایی یک ستاره دارد, ولی می‌توانیم الگویی عمومی را برای تمامی ستاره‌ها در این باره معرفی کنیم. حال با این توضیحات می‌خواهیم ببینیم که خورشید ما در آینده چه طور به یک غول سرخ تبدیل می‌شود.
● تکامل خورشید به یک غول سرخ
اکنون از عمر خورشید تقریباً ۵/۴ میلیارد سال می‌گذرد. خورشید در ۴ میلیارد سال بعدی, به نورافشانی ادامه خواهد داد و اندازه‌ی آن به تدریج بزرگ‌تر خواهد شد. در ۵/۴ میلیارد سال آینده درخشندگی خورشید حدود ۵۰ درصد و قطر آن حدود ۲۵ درصد بزرگ‌تر از اندازه‌ی فعلی می‌شود. در همین زمان, مرکز خورشید همه‌ی هیدروژن خود را مصرف می‌کند و تمام آن به هلیوم تبدیل می‌شود. آنچه در مرکز باقی می‌ماند یک هسته‌ی هلیومی است.
میلیاردها سال بعد از این مرحله, اندازه‌ی خورشید بزرگ‌تر می‌شود و هنگامی که سن آن به ۳/۱۰ میلیارد سال می‌رسد, ۵/۲ بار بزرگ‌تر از اندازه‌ی کنونی خود می‌شود. در طی این افزایش اندازه, دما کاهش می‌یابد. زیرا با تمام شدن هیدروژن‌ها (در هسته‌ی خورشید) منبع جدید دیگری برای تولید انرژی در کار نیست. هسته‌ی هلیومی خورشید در آن زمان منقبض می‌شود و سرانجام تقریباً اندازه‌ی زمین می‌شود. اما این هسته کوچک یک چهارم کل جرم خورشید را در برمی‌گیرد. چگالی این هسته ۵۰۰۰۰ برابر چگالی آهن می‌شود.
توجه داشته باشید که گاز پیرامون هسته‌ی هلیومی هنوز مقدار بسیار زیادی هیدروژن دارد. هنگامی که خورشید در حالت بلوغ است, فاصله‌ی این مقدار هیدروژن از هسته‌ی خورشید آن قدر زیاد است که نمی‌تواند دمایش به حدی برسد که واکنش تبدیل هیدروژن به هلیوم در آنجا اتفاق بیافتد. ولی وقتی هسته‌ی هلیومی خورشید کوچک می‌شود, دمای محیط اطراف آن به قدر کافی بالا می‌رود و از این به بعد شاهد خواهیم بود که هیدروژن پوسته‌ی خورشید به هلیوم تبدیل می‌شود. با افزایش آهنگ تبدیل هیدروژن, درخشندگی خورشید نیز به سرعت افزایش پیدا می‌کند. سپس تنها در حدود ۱۰۰ میلیون سال, درخشندگی خورشید به ۱۰۰۰ برابر مقدار کنونی‌اش می‌رسد. در این زمان, اندازه‌ی خورشید نیز بزرگ‌تر می‌شود. در این حالت خورشید یک غول سرخ واقعی با دمای سطحی ۳۵۰۰ کلوین است.
اگر در آن روزگار بتوانیم خورشید را ببینیم, اندازه‌ی بزرگ و دمای پایینی که خواهد داشت, چهره‌ی عجیبی به آن خواهد داد. از زمین, خورشید به رنگ قرمز تیره دیده خواهد شد. هنگام ظهر, قطر آن حدود یک سوم کل آسمان را فراخواهد گرفت.
● سوزاندن هلیوم
هرچه هسته‌ی هلیومی متراکم‌تر شود, دما افزایش می‌یابد. سرانجام دمای هسته‌ی هلیومی به مقدار معینی می‌رسد (حدود ۱۰۰ میلیارد کلوین) که این دما برای ترکیب یافتن هسته‌های اتم‌های هلیوم و تشکیل شدن عنصرهای سنگین‌تر کافی است. احتمال این می‌رود که در این موقع دو هسته‌ی هلیوم با هم ترکیب شوند و یک هسته‌ی بریلیوم تشکیل دهند. اما بریلیوم تشکیل شده ناپایدار است و در زمانی بسیار کوتاه به دو هسته‌ی هلیوم تبدیل می‌شود. اگر هسته‌های هلیوم زیادی در محیط وجود داشته باشند, هسته‌ی دیگری از هلیوم می‌تواند پیش از از بین رفتن بریلیوم با آن ترکیب شود و یک هسته‌ی پایدار کربن تولید کند. به این ترتیب, در طی این دو مرحله, هسته‌ی هلیومی ستاره‌ای مانند خورشید نهایتاً هلیوم خود را به عنصر سنگین‌تری مانند کربن تبدیل می‌کند. در این فرآیند, مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌شود, درست به همان طریقی که تبدیل هیدروژن به هلیوم انرژی آزاد می‌کند.
در فیلم زیر می‌توانید ببنید که چگونه از ترکیب سه هلیوم یک کربن ساخته می‌شود. در صورت تمایل می‌توانید این فیلم را از اینجا دانلود کنید.
با محاسباتی که در مورد ساختار آینده‌ی خورشید انجام شده است, فهمیده‌ایم که سوزاندن هلیوم به تدریج اتفاق نمی‌افتد, بلکه در طی انفجاری که درخشش هلیومی نام دارد, اتفاق می‌افتد. این انفجار فقط برای ستارگانی که تقریباً هم جرم و یا کوچک‌تر از خورشید هستند, روی می‌دهد. در ستارگان پرجرم‌تر سوختن هلیوم به تدریج اتفاق می‌افتد. برای خورشید, تنها حدود یک روز طول می‌کشد تا از مرحله‌ی آغاز سوزاندن هلیوم به انفجار هسته‌ی هلیومی (درخشش هلیومی) برسد. درخشش هلیومی, به جای آنکه دارای نور خیره‌کننده‌ای باشد, باعث می‌شود که نوارنی بودن خورشید کاهش پیدا کند. زیرا با این انفجار، دمای هسته به دلیل افزایش یافتن اندازه‌ی آن, به سرعت افت خواهد کرد. طبق محاسبات خورشید چندین میلیون سال نیز در این حالت باقی خواهد ماند, و در پایان به یک کوتوله‌ی سفید تبدیل خواهد شد.
انتظار می‌رود که به هنگام تبدیل شدن خورشید به یک غول سرخ, حیات بر روی زمین به کلی نابود شود. پس لازم است به فکر مکان‌های مناسبی برای حیات باشیم تا بتوانیم ۴ میلیارد سال دیگر به آنجا برویم.
در انیمیشن زیر می‌بینید که چه طور خورشید به یک غول سرخ تبدیل می‌شود و به اندازه‌ای بزرگ می‌شود که دیگر زمینی نخواهیم داشت. کافی است دکمه‌ی start را بزنید. این انیمیشن دارای دو قسمت است. در قسمت اول بعد از زدن دکمه‌ی start می‌بینید که هسته‌ی ستاره فرومی‌ریزد و دمای آن به حدی بالا می‌رود که هلیوم موجود در هسته‌ی ستاره شروع به سوختن می‌کند و نیز لایه‌های بیرونی ستاره منبسط و سرد می‌شوند. بعد از پایان این مرحله دکمه‌ی next را بزنید و سپس دوباره دکمه‌‌ی start را فشار دهید. در این مرحله می‌بینید که خورشید به اندازه‌ای بزرگ می‌شود که حتی زمین را نیز در بر می‌گیرد. دوست دارید زنده باشید و چنین روزی را ببینید؟!


علیرضا سرمدی

منبع : تبیان