نسل ستارگان

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: نسل ستارگان

فرض كنيد هر نقطه اي بر روي نمودار نمايش دهنده يك ستاره در اسمان است در اين نمودار دماي سطحي در امتداد محور افقي و تا بندگي مطلق در امتداد محور عمودي قرار دارد .اين منحني با يك منحني بايك منحني قد در مقابل وزن براي نسلي از مردم قابل مقايسه خواهد بود .از اين چه انتظاري خواهيم داشت؟ ايا نقاط نشان دهنده نسل كل ستار گان هستند كه در سراسر منحني پراكنده شده اند؟يا اينكه همانند خصوصيات قد ووزن نسلي از مردان وزنان نزديك يك خط قرار خواهند داشت ؟

براي پيدا كردن پاسخ اين سوال اجازه دهيد تابندگي ودماي سطحي تمام ستارگان همسايه خورشيد را رسم كنيم .فاصله ستاره را بايد دانست تا بتوان تابندگي مطلق را از تابندگي ظاهري أن محاسبه نمود . بايد به خاطر سپرد كه براي اهداف منحني ,تابندگي ظاهري بي ارزش است زيرا أن خاصيت ذاتي ستاره نبوده بلكه تنها به فاصله ان از خورشيد بستگي دارا وتابندگي مطلق است كه خاصيت فيزيكي بنيادي ستاره را نشان مي دهد .

در تهيه اين منحني تابندگي ذاتي ودماي سطحي را براي تمام ستارگاني كه در داخل محدوده 10 سال نوري از خورشيد قرار دارند رسم مي كنيم . در داخل اين حجم از فضا 12 ستاره وجود دارد كه شامل خورشيد نيز بوده وفاصله أنها مشخص شده است.

قبل از پرداختن به تفسير منحني دو ويژگي أنرا بايد مورد توجه قرار داد .

يكي اين كه دما در امتدادمحور پايين از سمت راست به چپ افزايش پيدا ميكند كه بر خلاف انتظار ميباشد .ويژگي ديگر أنكه هم دما وهم تابندگي در مقياس لگريتمي رسم شده , اين نوع منحني كه به نام ترسيم log-log” " ناميده ميشود , به دليل تغيرات وسيع در روشنايي ودماي ستارگان لازم است.

به طور متوسط رابطه اي بين تابندگي ذاتي ودماي سطحي يك ستاره وجود دارد به علاوه ,ميتوان ديد كه ارتباط طوري است كه داغترين ستارگان , روشنترين أنها بوده وسرد ترين ستارگان ,ضعيف ترين انها هستند يعني هر چه جسم تابش كننده داغتر باشد ,انرژي بيشتري را گسيل مي دارد .

خط چين رسم شده روي منحني بيانگر رابطه اي بين روشنائي ودما است . اين خط را ميتوان رشته اصلي خصوصيات اساسي نسل ستارگان ويا حد اقل براي ستارگاني كه نزديك ما در كهكشان واقع شده اند ؤ ناميد .

اكثر ستارگان در ترسيم دقيقا برروي خط قرار ندارند ؤبلكه آنها در دو طرف خط با فاصله نا چيزي قرار مي گيرند . دو دليل براي اين انحرافات وجود دارد .

اول آنكه ستارگان مقداري در تركيباتشان تغيير ميكنند واين تغيير با وجود آنكه چندان بزرگ نيست براي تاثير گذاشتن بر خواص آنها كافي است . تا حدي پراكندگي در نقاط روي منحني بيانگر تفاوت در تركيبات ستارگان است .

دوم اينكه منحني بر اساساندازه گيري هايي بوده كه با دشواري انجام گرفته ودر معرض خطاهاي اتفاقي بوده كه نقاط روي منحني را پراكنده مي سازد .چنان چه امكان اندازه گيريهابا دقت بي نهايت زياد وجود ميداشتنقاط روي منحنياحتمالا در امتداد خط نزديكتر به يكديگر قرار ميگرفتند تا آنچه كه در عمل ديده مي شود .

احتمالا هيچ كس نمي توانست از خط رشته اصلي قد ووزن در نسل انساني به قدري منحرف باشد كه اين ستاره ازرشته اصلي ستارگان در روشنايي ودما انحراف دارد كشف چنين ستارهاي درپايين نمودار به اندازه اي تعجب انگيز است كه مثلا شخصي با 180 سانتيمتر قد وفقط چند كيلو گرم وزن يا 120 سانتيمتر قد و 450 كيلوگرم وزن وجود داشته باشد .

چون 12 ستاره تعداد زيادي نيستند لذا با ترسيم 50 يا 100 ستاره ممكن است چندين رشته اصلي موازي بر روي منحني ظاهر ساخت كه اين بيانگر خا نواده هاي مختلف ستارگان ميباشد آنگاه ستاره دور افتاده قابل توضضيح بوده .

با اين ايده حجم اطراف خورشيد را به كره اي به شعاع 20 سال نوري كه شامل 90 ستاره از جمله خورشيد است افزايش خاهيم داد .

تعداد قابل توجه اي از ستارگان گر چه هنوز كم هستند كاملا دور از رشته اصلي واقعند ستاره بخصوصي كه در پايين نمودار قرار داشت حالا به چندين ستاره ديگر پيوسته كه همگي در زيررشته اصلي واقع گرديده اند .

اكثر ستارگان اطراف ما فوق العاده ضعيف هستند انتظار داريم كه روشنترين ستارگان آسمان همسايگان ما باشد اما اين طور نبوده و تنها يك دو جين از 90 ستاره موجود در فهرست ميتوانند با چشم غير مسلح در شرايط عادي ديده شوند .

هر چند كه ستارگان روشنتر از خورشيد نسبتا كمياب بوده اما فوق العاده جالب اند زيرا آنها جرم وتابندگي غولهاي اسمانند ستارگان غير عادي مسيري را به طرف بالا وبه سمت راست در منطقه اي ادامه مي دهند كه ستارگان انها داراي دماهاي سطحي خيلي كم بوده وبنابراين قرمز رنگ هستند . معمولا يك ستاره با رنگ قرمز در مقايسه با خورشيد خيلي ضعيف است .

كوتوله ها وغولها

ستارگاني كه در ناحيه پايين وطرف چپ و آنهايي كه درناحيه بالا وطرف راست واقع شده اند انقدر قابل توجه اند كه اسامي خاصي را به خود اختصاص داده اند .

ستارگان طرف چپ پايين كوتوله هاي سفيد ناميده مي شوند وبه اين دليل كوتوله لقب گرفته اند چون خيلي كوچك و ضعيف ميباشند وبه خاطر داغ بودن سفيد به نظر ميرسند .ستارگان سمت بالابه غولهاي قرمز معروفند وغول نام گرفته اند چون فوق العاده بزرگ وتابنده اند وقرمز انديك نمونه كوتوله سفيد قطري در حدود 32000 كيلومتر يعني تنها دو برابرقطر كره زمين را دارا ميباشد .

كوتوله هاي سفيد ستارگان چگال و فشرده اي هستند كه يك قاشق چايخري از ماده آن در حدود ده تن وزن دارد .

از طرف ديگر غولهاي قرمز بسيار بزرگ هستند كه به طور نمونه داراي قطر 139 ميليون كيلومتر يا حدود 100 برابر قطر خور شيد ميباشند اما اين ستارگان حجيم در اغلب حالات تقريبا همان جرم خورشيد را دارند .

ستارگان حاصل از پيش ستارگان

مسير تحول يك پيش ستاره منقبض شونده همانطور كه در نمودار هرتسپرونگ –راسل ظاهر ميشود نشان داده شده است اين مسير ستاره اي با جرمي معادل با جرم خورشيد ميباشد عمر پيش ستاره به صورت نقاط متوالي در امتداد نمودار علامت گذاري شده است .

سه سال بعد از شروع شكل گيري اوليه ابر گازي وخاتمه آن كه نمايش دهنده براي 10 ميليون سال عمر پيش ستاره ميباشد ميتوان دريافت كه در ابتدا پيش ستاره به طور سريع وسپس خيلي آهسته به طرف پايين نمودار H-R حركت مي كند .

بعد از 27 ميليون سال كه كره گازي شروع به فر ريختن مي كند به همسايگي رشته اصليمي رسد مسير رسم شده پيش ستاره در نمودار H-R بر اساس مشاهدت مستقيم پيشستارگان پايه گذاري نشده .

همانطور كه در بالا اشاره شد يك پيش ستاره در طول سالهاي اوليه عمرش با سرعت زيادي تابش ميكند .

ستارشناسان نظري با استفاده از ماشين هاي الكترونيكي سريع قادر به محاسبه اندازه روشنايي وتوزيع دماي يك ستاره منقبض شونده مي باشند .اگر چنين كوششي با دست وبا ماشينهاي حساب رو ميزي توسط 3000 رياضيدان صورت ميگرفت 5 سال به طول ميانجاميد وبيش از 10 ميليون دلار هزينه بر ميداشت . اختراع ماشين حسابگر با سرعت زياد يكي از دلايلي است كه سبب پيشرفت فراواني در فهم ما از تولد ستارگان در دهه اخير شده است.

افروزش هيدرو ژن

پيش ستاره از زمان شكل گيري اش ابتدا به سرعت وسپس آهسته تر همانطور كه چگال شده و اتمهاي متحرك با مقاومت افزايش يافته اي به طرف مركز مواجه شده اند فرو ريخته است.

بعد از 10ميليون سال پيش ستاره ازقطراوليه اش كه تريليون كيلومتر است به قطري حدود4/2ميليون كيلومتر فشرده شده است .به طور همزمان دماي مركز پيش ستاره به ده ميليون درجه كلوين افزايش يافته است براي اولين بار در اين دما پروتون ها در مركزپيش ستاره باسرعت زياد درحال حركت وبرخورد ميباشند تا به مانع الكتريكي نفوذ كرده وبه داخل بيايند تابه نيروي هسته اي جازبه برسند.دراين حال پيش ستاره يك ستاره شده است.با رها شدن انرژي هسته اي در مركز’ستاره تااندازه اي گرمتر وبيشتر تابنده ميشود.

همانطور كه اين وقايع صورت مي گيرد ستاره به طرف بالا وبه سمت چپ نمودار H-R حركت مي كند تا اينكه 17ميليون سال بعدازشروع جوش هسته اي و27ميليون سال بعد ازفرو ريختن پيش ستاره به محل استراحتش برروي رشته اصلي مي رسد.

رشته اصلي

همجوشي هسته هاي هيدروژن’هليوم راتوليدميكنند.اين واكنش’طولاني ترين مرحله منفرداز تاريخ يك ستاره رادربرمي گيردكه حدود90%اززندگي اش براي حالتي باجرمي معادل نورخورشيد,ميباشد.خورشيددرن يمه اين مرحله است,حدود6/4بيليون سال قبل به رشته اصلي أمدوبراي4يا5سال ديگرقبل ازاينكه بميرد,درأنجا باقي مي ماند.

خورشيد هيدروژن اش رابه أهستگي مي سوزاند,زيراتحول زندگي روي زمين نيزيك فرايند خيلي أهسته است.بر طبق مدارك سنگواره اي,اشكال ساده حيات نظير باكتري ها زماني در اولين بيليون سال وجود منظومه شمسي در روي زمين ظاهر شدند واشكال پيشرفته حيات تا چند بيليون سال بعد از أن پديدار نشدند .

به فرض أنكه عمر خورشيد 100ميليون سال يا كمتر بوده باشد مشكوك به نظر مي رسد كه مخلوقات با هوش زمين را هرگز اشغال كرده باشند .اگرچه خورشيد حدود 10بيليون سال عمر خواهد كرد ستارگان ديگر با زمانهاي كوتاهي نظير يك ميليون سال عمر مي كنند و هنوز ستارگان ديگري ممكن است براي زمان طولاني نظير يك تريليون سال يا بيشتر نيز عمر كنند .

بزرگترين ستارگان عمركوتاهي دارند أنها سوخت بيشتري براي سوزاندن دارند .اما خيلي سريع تر از ستارگان كوچكتر أن را ميسوزانند .چرا يك ستاره سنگين سوختش را خيلي سريعتر از يك ستاره ستاره سبكتر مي سوزاند ؟

وزن زياد چنين ستاره اي دماي بيشتر ي را در مركز توليد مي كند وسبب مي شود كه پروتونهاخيلي شديد تر از پروتنها در يك ستاره سبكتر برخود كنند .

در اثر شدت اين برخورد ها سد الكتريكي بين پروتونها خيلي ساده تر نفوذ پذير ميشود و ميزان واكنش هسته اي بالا مي رود .

در ستارگان سنگينتر ميزان واكنش با افزايش دما بالا مي رود به نحوي كه با دوبرابر شدن دما ميزان واكنش در سازه 30000 ضرب مي گردد .از طرف ديگر ستاره اي به جرم1/0 خورشيد بايد براي يك تريليون سال عمر كند كه ستاره بارنارد يك نمونه از أن است .اين ستاره بايد بعد از نابودي خورشيد براي مدت طولاني درخشان باشد .

تجربيات دردرون يك ستاره

چگونه ستاره شناسان مي توانند با اطمينان بيان كنندكه خورشيد به مدت 10 بيليون سال هيدروژن را مي سوزاند ؟پاسخ در بر گيرنده يك فرق اساسي بين نجوم و ساير حوزه هاي ديگر تجسسي علمي مي شوداكثر شاخه هاي علم در تجربيات أزمايشگاهي استوار است به نحوي كه دانشمندان رفتار يك شي را تحت شرايط دقيق مطالعه ميكند شي ممكن است يك الكترون,يا يك ويروس باشد.

اجرام تحت مطالعه اغلب كهكشان ها ستارگان يا سيارات مي باشند كه براي أوردن به أزمايشگاه يا بسيار بزرگند يا در حالت طبيعي كشف شدند .

تعريف جديد تحول ستاره اي تقريبأ به همانند اندازه كه به تلسكوب و طيف نما وابسته است به چنين تجربه هايي بر اساس استفاده از ماشين حسابگر نيز بستگي دارد.

يك تجربه اي عددي بر روي يك ستاره با مجموعه اي از قوانين يا فرمول ها نظير قوانين نيوتون شروع ميشود كه طي أن شي مورد مطالعه راتوصيف ميكند وبيان مي دارد كه چگونه شي تحت تاثير نيرو هاي طبيعي قرار ميگيرد . ستاره شناس با اين فرض كه ستاره توزيع كروي از ماده توسط گراني را نگه مي دارد

تجربه عددي مربوط مي سازد .ستاره شناس برنامه كامپيوتري را همراه با عداد نمايش دهنده جرم ستاره مقدار ثابت جهاني گراني ميزان هاي اندازه گيري شده از واكنش گوناگون هسته اي به حافظه ماشين حسابگر وارد مي كند.

ماشين حسابگر تمام حساب لازم را خيلي سريع انجام ميدهد سر انجام توصيف كاملي از ستاره شامل دما چگا لي تركيب داخلي تابندگي ودماي سطحي اش را توليد ميكند .

چون سوختن هيدروژن منبع انرژي ستاره است لذا وقتي كه مقدار هيدروژن تغيير مي كند تمام خواص ستاره نيز تغيير مي كند .اساسأ , شرايط در درون ستاره به علت 1پايين أمدن مداوم مقدار هيدروژن در هر ثانيه تغيير مي كند . به هر حال در طول زندگي ستاره وقتي كه هيدروژن را ميسوزاند ساختارش أنقدر أهسته تغيير مي كند كه توصيف ثانيه به ثانيه أن ضروري نمي باشد دوره سوختن هيدروژن خورشيد 10بيليون سال طول مي كشد .

ستاره شناس به عنوان نتيجه اي از محاسبه اش, تقريبا مي داند چگونه شرايط در ستاره بر أن فاصله زماني 50 ميليون سال خاص تغيير كرده است. به اين طريق او تحول ستاره را در مرحله سوختن هيدروژن از زندگي اش در طول 50 ميليون سال رد يابي مكند.

حفره هاي سياه در فضا

با تشخيص ارتباط بين ستارگان نوتروني, تپ اخترها وابرنواخترها تعدادي از ستاره شناسان احساس كردند كه أخرين صفحات داستان زندگي ستاره گان را نوشته اند .اما, شواهد اخير سوظني ايجاد كرده است كه ستاره نوتروني يا تپ اختر مرحله نهائي فشردگي ماده ستاره اي نيست تحت شرايطي خاص هسته يك ستاره ممكن است به ابعادي كمتر از 16كيلومتر كه حد ستاره نو تروني است منقبض شود اين مقدار به شعاعي معادل 2/3كيلو متر ميرسد.

شكل گيري يك حفره سياه

بر اساس نظريه اينشتين وقتي ابعاد ستاره حدود 6/1ميليون كيلو متر (قطر) باشد ,نيروي گراني در سطح أن براي نگه داشتن پرتوها نور فراري كافي نخواهد بود ,در نتيجه اين پرتوها ستاره را با انرژي كمتري ترك مي كنند.اما اگر ماده ستاره در حجم كوچكي فشرده باشد ,نيروي گراني در سطح أن بسيار بزرگ خواهد بود .اين حالت,مي تواند براي هسته ستاره اي كه نتيجه انفجار ابرنواختر است ,اتفاق بيافتد .

خواص يك حفره سياه

نيروي گراني يك حفره سياه نه تنها مانع از فرار نور مي شود ,بلكه از خروج كليه اجرام فيزيكي از حفره جلوگيري مي كند .

واين پيش بيني ديگري از نظريه اينشتين است كه اظهار مي دارد هيچ شيئي نميتواند سريعتر از نور حركت كند .

هر پرتو نوري يا شي فيزيكي كه از خارج به حفره سياه وارد مي شود

نيز محبوس مي گردد و هرگز نمي تواند مجددأ خارج شود.

داخل حفره سياه كاملا از جهان خارج جدا شده است يعني مي تواند اجرام و تابش را بگيرد ولي نمي تواند چيزي را پس بدهد.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 418]