تراژدی یک ستاره

نگاهی به سرانجام ستارگان متوسط

تمام ستاره های موجود در کهکشان ها تا زمانی که در حال سوزاندن سوخت خود هستند دارای تعادل دقیقی هستند. این جمله به این معنی است که فشار درون ستاره که بر اثر فعل و انفعالات و سوزاندن سوخت خود از مرکز به سمت خارج است با فشار خارجی که به دلیل نیروی گرانش کل ماده تشکیل دهنده ستاره، از بیرون به سمت مرکز ستاره وارد می شود، برابر است.

چنین تعادلی در تمامی ستارگان از زمان تولد تا پایان عمرشان وجود دارد و همین امر است که موجب متلاشی نشدن ستاره با آن سوخت و ساز عظیمی که همچون بمب هیدروژنی است، می شود. اما زمانی که یک ستاره در اواخر عمرش در حال به اتمام رساندن سوخت درونی خود است، با فشرده شدن هسته و انبساط لایه های خارجی مجدداً تعادل خود را به دست می آورد. طی این فرآیند، ستاره های کم جرم با باد کردن خود وارد مرحله یی شده که در آن، ستاره تبدیل به یک غول سرخ می شود و ستاره های متوسط یا پرجرم تبدیل به ابرغول سرخ می شوند. شعاع یک ستاره متوسط در اواخر عمرش تا چندصد برابر شعاع دوران جوانی اش منبسط می شود.

ستاره های کم جرم به آرامی و طی هزاران سال می میرند و لایه های خارجی خود را در فضا پخش می کنند، اما روند مرگ ستاره های متوسط یا بزرگ بسیار مهیج و شگفت انگیز است. اکنون به بررسی چگونگی مرگ یک ستاره متوسط می پردازیم. مصداق ما از یک ستاره متوسط، ستاره یی با جرم بین ۴/۱ تا ۳ برابر جرم خورشید است. ستاره های متوسط سریع تر از ستاره های کوچکی همانند خورشید عمرشان به پایان می رسد زیرا به دلیل زیاد بودن جرم، فشار هم در مرکز آنها بیشتر است و این امر موجب سوخت سازی سریع تر در هسته می شود.

یک ستاره متوسط را فرض کنید، این ستاره طی چند میلیارد سال سوخت خود را به اتمام می رساند. زمانی که شاید تنها یک دهم از کل عمرش باقی مانده است شروع به منبسط شدن می کند. این انبساط نشان از پایان یافتن عناصر سبکی همچون هیدروژن در هسته ستاره است. اکنون زمان سوختن عناصر تولید شده و تبدیل دوباره آنها به عناصر سنگین تر است. این روند ممکن است تا تولید عنصر آهن به طول انجامد. اما زمانی که این ستاره متوسط، جرم کافی برای سوزاندن آخرین عنصر تشکیل شده را ندارد، چه اتفاقی رخ می دهد؟

مسلماً در چنین لحظه یی به دلیل نبود ماده کافی برای هم جوشی هسته یی، سوخت و ساز کلی ستاره از حرکت بازمی ایستد و این آخرین لحظه از عمر ستاره خواهد بود زیرا اکنون زمانی است که ستاره از تعادل فشاری خارج شده است. مواد تشکیل دهنده ستاره، نیروی گرانش خود را به سمت مرکز دارند اما به دلیل متوقف شدن سوخت و ساز درونی، دیگر نیرویی از طرف مرکز به سمت خارج اعمال نمی شود. حال این ستاره در کسری از ثانیه به دلیل ناپایداری با انفجار عظیمی به زندگی خود پایان می دهد و اکثر مواد آن به سمت مرکز و روی هسته فرو می ریزند.

این انفجار عظیم، میلیاردها برابر یک ستاره عادی درخشان می شود، یعنی آنچنان قوی است که اگر از بیرون کهکشان به این پدیده بنگریم، محل آن از دیگر نقاط کهکشان کاملاً درخشان تر و نمایان است. به چنین پدیده قوی کیهانی که نشان از پایان یافتن زندگی ستاره یی با جرم چند برابر جرم خورشید است، انفجار ابرنواختر گویند. اما بعد از انفجار ابرنواختر چه چیزی از ستاره باقی می ماند؟

بازمانده ابرنواختر، یک هسته به شدت چگال به نام ستاره نوترونی است. از آن ستاره که شاید چندین برابر خورشید قطر داشت اکنون هسته یی تنها در اندازه ۳۰ کیلومتر باقی مانده است. در واقع بیشتر جرم ستاره یی به آن بزرگی، تنها در همین هسته نوترونی فشرده شده است. جرم چنین بازمانده بسیار کوچکی بین ۵/۱ تا ۳ برابر جرم خورشید است. این هسته آنقدر فشرده است که اتم بر سطح آن وجود ندارد بلکه پروتون ها با بار مثبت و الکترون ها با بار منفی تبدیل به نوترون های خنثی می شوند و سپس نوترون ها در کنار یکدیگر بدون فاصله قرار می گیرند. یک قاشق غذاخوری از ماده سطح ستاره نوترونی برابر میلیون ها تن وزن دارد. دلیل این سنگینی تنها ساختار نوترونی و فشرده آن است.

برای درک بهتر، اگر هسته اتم (پروتون ها و نوترون ها) را در اندازه یک پرتقال فرض کنیم و این پرتقال را در وسط یک ورزشگاه فوتبال بگذاریم الکترون ها در اطراف ورزشگاه در حال دور زدن هسته هستند. با این مثال متوجه می شویم که بیشتر فضای یک اتم، خالی است. اما در ستاره نوترونی، نوترون ها بدون فاصله در کنار یکدیگر واقع شده اند. به این ترتیب می توانید یک ورزشگاه پر از پرتقال را فرض کنید. دقیقاً به همین دلیل است که یک قاشق از ماده سطحی ستاره نوترونی به این شدت فشرده و سنگین است.

لایه های خارجی ستاره یی که بر اثر انفجار ابرنواختری، آخرین لحظه عمر خود را به نمایش گذاشته است معمولاً با سرعتی حدود ۱۵ هزار کیلومتر بر ثانیه در فضا پخش می شود و سحابی گازی زیبایی را تشکیل می دهد. به سحابی تشکیل شده از چنین انفجارهای قدرتمندی، بازمانده های ابرنواختر می گویند.

امین حمزه ئیان

www.Nutshell.ir