كل واحد منا على الأقل في حياته نظر إلى السماء المرصعة بالنجوم. نظر أحدهم إلى هذا الجمال ، حيث كان يشعر بمشاعر رومانسية ، بينما حاول الآخر أن يفهم من أين يأتي كل هذا الجمال. الحياة في الفضاء ، على عكس الحياة على كوكبنا ، تتدفق بسرعة مختلفة. يعيش الوقت في الفضاء الخارجي في فئاته الخاصة ، والمسافات والأحجام في الكون هائلة. نادراً ما نفكر في حقيقة أن أعيننا تتطور باستمرار إلى مجرات ونجوم. كل كائن في الفضاء اللانهائي هو نتيجة لعمليات فيزيائية معينة. المجرات والنجوم ، وحتى الكواكب لديها مراحل رئيسية من التطور.
كوكبنا وكلنا يعتمدون على نورنا. إلى أي مدى ستسعدنا الشمس بدفئها ، وتنفس الحياة في النظام الشمسي؟ ما الذي ينتظرنا في المستقبل بملايين وبلايين السنين؟ في هذا الصدد ، من الغريب معرفة المزيد حول ماهي مراحل تطور الأجسام الفلكية ، حيث تأتي النجوم وكيف أن حياة هذه الأضواء الرائعة في سماء الليل تنتهي.
أصل الولادة وتطورها
إن تطور النجوم والكواكب التي تسكن مجرتنا مجرة درب التبانة والكون بكامله ، قد تمت دراسته جيداً في معظم الحالات. إن قوانين الفيزياء ، التي تساعد على فهم أصل الأشياء الكونية ، تعمل بشكل لا يتزعزع في الفضاء. يتم أخذ الأساس في هذه الحالة على نظرية الانفجار الكبير ، الذي أصبح الآن المذهب السائد في عملية أصل الكون. الحدث الذي هز الكون وأدى إلى تشكيل الكون ، من خلال معايير الفضاء ، بسرعة البرق. للفضاء ، من ولادة نجم حتى وفاته ، تمر لحظات. تخلق المسافات الضخمة وهم ثبات الكون. نجم يلمع في المسافة يضيء لنا لمئات السنين ، في ذلك الوقت قد لا يكون.
نظرية تطور المجرات والنجوم هي تطور نظرية الانفجار الكبير. تختلف عقيدة ولادة النجوم وظهور النظم النجمية من حيث الحجم والتوقيت ، والتي ، على عكس الكون ككل ، يمكن ملاحظتها بوسائل علمية حديثة.
يمكن دراسة دورة حياة النجوم على سبيل المثال من أقرب ضوء لنا. الشمس هي واحدة من مئات تريليونات النجوم في مجال رؤيتنا. بالإضافة إلى ذلك ، توفر المسافة من الأرض إلى الشمس (150 مليون كيلومتر) فرصة فريدة لاستكشاف كائن ما دون ترك حدود النظام الشمسي. وستسمح المعلومات التي يتم الحصول عليها بالتفهم الدقيق لكيفية ترتيب النجوم الأخرى ، ومدى سرعة استنفاد هذه المصادر الحرارية العملاقة ، وما هي مراحل تطور النجم وما ستكون نهاية هذه الحياة الرائعة - هادئة أو قاتمة أو متلألئة ، متفجرة.
بعد الانفجار الكبير ، شكلت الجسيمات الصغيرة غيومًا بين النجوم ، والتي أصبحت "المستشفى" لتريليونات النجوم. من المميز أن جميع النجوم ولدت في نفس الوقت نتيجة للانكماش والتوسع. حدث الضغط في غيوم الغاز الكوني تحت تأثير جاذبيتها وعملياتها المماثلة في النجوم الجديدة في الجوار. وقد نشأ التوسع نتيجة للضغط الداخلي للغاز بين النجوم وتحت تأثير الحقول المغناطيسية داخل سحابة الغاز. في الوقت نفسه ، تدور السحابة بحرية حول مركز الكتلة.
تتكون السحب الغازية بعد الانفجار من 98٪ من الهيدروجين الذري والجزيئي والهيليوم. 2 ٪ فقط في هذه المجموعة صفقات الغبار والجسيمات المجهرية الصلبة. في السابق كان يعتقد أنه في وسط أي نجم يكمن جوهر الحديد ، وتسخينها إلى درجة حرارة مليون درجة. هذا الجانب أوضح الكتلة الضخمة من النجم.
في معارضة القوى المادية ، سادت قوى الضغط ، لأن الضوء الناتج عن إطلاق الطاقة لا يخترق سحابة الغاز. الضوء ، مع جزء من الطاقة المنبعثة ، ينتشر إلى الخارج ، مما يخلق درجة حرارة سالبة ومنطقة منخفضة الضغط داخل تراكم كثيف للغاز. في حالة كهذه ، يتم ضغط الغاز الكوني بسرعة ، ويؤثر تأثير قوى الجاذبية على حقيقة أن الجسيمات تبدأ في تشكيل المادة النجمية. عندما تكون كتلة الغاز كثيفة ، يؤدي الضغط الشديد إلى تكوين كتلة نجمية. عندما يكون حجم سحابة الغاز غير مهم ، يؤدي الضغط إلى تكوين نجم واحد.
وصف موجز لما يحدث هو أن مستقبل النجم يمر عبر مرحلتين - الانضغاط السريع والبطيء لحالة البروتوستار. يتحدث في لغة بسيطة ومفهومة ، والضغط السريع هو سقوط المسألة النجمية إلى مركز البروتوستار. يحدث الضغط البطيء على خلفية المركز المتكون من البروتوستار. على مدى المائة ألف سنة القادمة ، يتقلص التكوين الجديد ، وكثافته تزداد ملايين المرات. تدريجيا ، يصبح protostar مبهمة بسبب كثافة عالية من المادة النجمية ، ويؤدي الضغط المستمر إلى آلية التفاعلات الداخلية. يؤدي نمو الضغط الداخلي ودرجات الحرارة إلى تشكيل مركز ثقافي مستقبلي في النجم المستقبلي.
في هذه الحالة ، يبقى البروتوستار لملايين السنين ، ويخفف الحرارة ببطء ويتقلص تدريجيا ، وينخفض في الحجم. ونتيجة لذلك ، تظهر ملامح نجم جديد ، وتصبح كثافة مادته مماثلة لكثافة الماء.
في المتوسط ، كثافة نجمنا هي 1.4 كجم / سم 3 - تقريبا نفس كثافة الماء في البحر الميت المالح. في وسط الشمس لديها كثافة 100 كجم / سم 3. المادة النجمية ليست في حالة سائلة ، ولكنها في شكل بلازما.
تحت تأثير الضغط الهائل ودرجة الحرارة ما يقرب من 100 مليون ك ، تبدأ التفاعلات الحرارية النووية لدورة الهيدروجين. يتوقف الضغط ، تزداد كتلة الجسم عندما تتحول طاقة الجاذبية إلى حرق حراري نووي للهيدروجين. من الآن فصاعدا ، يبدأ نجم جديد ، طاقة مشعة ، في فقد الكتلة.
التكوين الموصوف أعلاه للنجم هو مجرد مخطط بدائي يصف المرحلة الأولية من تطور ولادة نجم. اليوم ، مثل هذه العمليات في مجرتنا وفي الكون كله غير محسوسة بسبب النضوب المكثف للمواد النجمية. بالنسبة للتاريخ الواعي لملاحظات مجرتنا ، لوحظت فقط مظاهر معزولة للنجوم الجديدة. في حجم الكون ، يمكن زيادة هذا الرقم مئات وآلاف المرات.
يتم إخفاء معظم حياتهم ، protostars من العين البشرية من قبل قذيفة الغبار. لا يمكن ملاحظة انبعاث النواة إلا في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، وهو الطريقة الوحيدة لرؤية ولادة نجم. على سبيل المثال ، في عام 1967 ، اكتشف علماء فلكيون في سديم الأوريون نجمًا جديدًا ، كانت درجة حرارة الإشعاع فيه 700 كلفن. في وقت لاحق ، اتضح أن مسقط رأس البروستار هي مصادر مضغوطة ، والتي لا تتوفر فقط في مجرتنا ، ولكن أيضًا في أجزاء أخرى من الكون بعيدة عنا. بالإضافة إلى الأشعة تحت الحمراء ، تتميز أماكن ولادة النجوم الجديدة بالإشارات اللاسلكية المكثفة.
عملية دراسة وتطور النجوم
يمكن تقسيم العملية الكاملة لمعرفة النجوم إلى عدة مراحل. في البداية ، حدد المسافة إلى النجم. معلومات حول كم النجم بعيداً عنا ، كم من الوقت ينتقل الضوء منه ، يعطي فكرة عما حدث للنجم خلال كل هذا الوقت. بعد أن تعلم الشخص لقياس المسافة إلى النجوم البعيدة ، أصبح من الواضح أن النجوم هي نفس الشمس ، فقط بأحجام مختلفة وذات مصائر مختلفة. معرفة المسافة إلى النجم ، بمستوى الضوء وكمية الطاقة المنبعثة ، يمكن للمرء تتبع عملية الاندماج الحراري النووي للنجم.
بعد تحديد المسافة إلى النجم ، يمكن للمرء ، باستخدام التحليل الطيفي ، حساب التركيب الكيميائي للنجم ومعرفة تركيبه وعمره. وبفضل مظهر جهاز الطيف ، تمكن العلماء من دراسة طبيعة ضوء النجوم. يمكن لهذا الجهاز تحديد وقياس التركيب الغازي للمادة النجمية ، التي يمتلكها النجم في مراحل مختلفة من وجوده.
في دراسة التحليل الطيفي لطاقة الشمس والنجوم الأخرى ، توصل العلماء إلى أن تطور النجوم والكواكب له جذور مشتركة. جميع الأجسام الكونية لها نفس النوع ، التركيب الكيميائي المماثل ، وهي مشتقة من نفس المادة الناتجة عن الانفجار الكبير.
المادة النجمية تتكون من نفس العناصر الكيميائية (حتى الحديد) مثل كوكبنا. والفرق الوحيد هو في عدد هذه العناصر أو غيرها وفي العمليات التي تحدث في الشمس وداخل سماكة الأرض. هذا يميز النجوم عن الأجسام الأخرى في الكون. ينبغي النظر أيضا في أصل النجوم في سياق الانضباط البدني آخر - ميكانيكا الكم. ووفقاً لهذه النظرية ، فإن المادة التي تحدد المادة النجمية تتكون من تقسيم الذرات والجسيمات الأولية باستمرار مما يخلق صورة مصغرة خاصة بها. في هذا الضوء ، من الفائدة هي بنية وتكوين وهيكل وتطور النجوم. وكما تبين ، فإن الكتلة الرئيسية لنجمنا والعديد من النجوم الأخرى تمثل عنصرين فقط - الهيدروجين والهيليوم. إن النموذج النظري الذي يصف بنية النجم سيسمح بفهم هيكلها والفرق الرئيسي من الأجسام الفضائية الأخرى.
الميزة الرئيسية هي أن العديد من الأشياء في الكون لها حجم وشكل معين ، في حين أن النجم يمكن أن يغير حجمه مع تطوره. الغاز الساخن هو عبارة عن مركب من الذرات مرتبطة بشكل ضعيف ببعضها البعض. بعد مرور ملايين السنين من تشكل النجوم ، يبدأ تبريد الطبقة السطحية من المادة النجمية. يعطي النجم معظم طاقته إلى الفضاء الخارجي ، متناقصًا أو متزايدًا في الحجم. يحدث انتقال الحرارة والطاقة من المناطق الداخلية للنجم إلى السطح ، مما يؤثر على كثافة الإشعاع. بعبارة أخرى ، يبدو نفس النجم في فترات مختلفة من وجوده مختلفًا. تساهم العمليات النووية الحرارية المبنية على تفاعلات دورة الهيدروجين في تحويل ذرات الهيدروجين الخفيف إلى عناصر أثقل - هيليوم وكربون. وفقا لعلماء الفيزياء الفلكية والعلماء النوويين ، مثل هذا التفاعل الحراري النووي هو الأكثر فعالية من حيث كمية الحرارة المنطلقة.
لماذا لا ينتهي الاندماج الحراري النووي للنواة بنفجار مثل هذا المفاعل؟ الشيء هو أن قوى مجال الجاذبية في ذلك يمكن أن تحمل المسألة النجمية في حدود الحجم المستقر. من هذا يمكننا رسم استنتاج لا لبس فيه: أي نجم هو جسم ضخم ، والذي يحتفظ بحجمه بسبب التوازن بين قوى الجاذبية وطاقة التفاعلات النووية الحرارية. نتيجة هذا النموذج الطبيعي المثالي هو مصدر الحرارة الذي يمكن أن يعمل لفترة طويلة. من المفترض أن أشكال الحياة الأولى على الأرض ظهرت قبل 3 مليارات سنة. كانت الشمس في تلك الأيام تحفز كوكبنا كما هو الحال الآن. وبالتالي ، تغير نجمنا قليلا ، على الرغم من حقيقة أن حجم الحرارة المشعة والطاقة الشمسية هائلة - أكثر من 3-4 ملايين طن كل ثانية.
من السهل أن نحسب كم على مدى سنوات وجودها ، فقد نجمنا الوزن. ستكون هذه شخصية ضخمة ، ولكن بسبب كتلتها الضخمة وكثافتها العالية ، تبدو مثل هذه الخسائر في الكون غير ذات أهمية.
مراحل تطور النجوم
يعتمد مصير النجم على الكتلة الأولية للنجم وتركيبته الكيميائية. طالما أن الاحتياطيات الرئيسية من الهيدروجين تتركز في القلب ، فإن النجم موجود في ما يسمى التسلسل الرئيسي. بمجرد وجود اتجاه لزيادة حجم النجم ، فهذا يعني أن المصدر الرئيسي للاندماج الحراري النووي قد جف. بدأت طريقا نهائيا طويل من تحول جسم سماوي.
تنقسم في تم تشكيلها في الكون في البداية إلى ثلاثة أنواع الأكثر شيوعا:
- النجوم العادية (الأقزام الصفراء) ؛
- نجوم قزم؛
- النجوم العملاقة.
النجوم ذات الكتلة المنخفضة (الأقزام) تحرق ببطء مخازن الهيدروجين وتعيش حياتها بهدوء تام.
مثل هذه النجوم هي الغالبية في الكون ونجمنا هو قزم أصفر. مع بداية الشيخوخة ، يصبح القزم الأصفر عملاق أحمر أو عملاق.
استنادا إلى نظرية أصل النجوم ، لم تنته عملية تكوين النجوم في الكون. إن النجوم الأكثر سطوعًا في مجرتنا ليست الأكبر فقط ، مقارنةً بالشمس ، بل هي الأصغر أيضًا. يسمي علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الفلك هذه النجوم العملاقة الزرقاء. في النهاية ، يواجهون نفس المصير الذي يعاني من تريليونات النجوم الأخرى. أولا ، الولادة السريعة ، والحياة الرائعة والمتحمسة ، وبعد ذلك تأتي فترة من الاضمحلال البطيء. النجوم مثل الشمس لها دورة حياة طويلة ، يجري في التسلسل الرئيسي (في الجزء الأوسط).
باستخدام البيانات على كتلة النجم ، يمكننا أن نفترض مسار التطور التطوري. التوضيح التوضيحي لهذه النظرية هو تطور نجمنا. لا شيء أبدى. نتيجة للاندماج الحراري النووي ، يتم تحويل الهيدروجين إلى الهيليوم ، لذلك ، يتم استهلاك احتياطياته الأولية وتقليلها. في وقت ما ، قريبا جدا ، سوف تنفد هذه المخزونات. انطلاقا من حقيقة أن شمسنا تستمر في التألق لأكثر من 5 بلايين سنة ، دون أن يتغير حجمها ، فإن عمر النجم الناضج يمكن أن يستمر لمدة نفس الفترة.
إن استنزاف احتياطيات الهيدروجين سوف يؤدي إلى حقيقة أنه تحت تأثير الجاذبية سوف يبدأ قلب الشمس في التقلص بسرعة. سوف تصبح الكثافة الأساسية عالية جدا ، ونتيجة لذلك سوف تنتقل العمليات الحرارية النووية إلى الطبقات المتاخمة للنواة. تسمى هذه الحالة الانهيار ، والتي يمكن أن تحدث بسبب تفاعلات حرارية نووية في الطبقات العليا للنجم. نتيجة لارتفاع الضغط ، يتم تشغيل تفاعلات حرارية نووية تشمل الهيليوم.
سيستمر تزويد الهيدروجين والهيليوم في هذا الجزء من النجوم بملايين السنين. ليس من المستبعد أن يؤدي استنزاف احتياطيات الهيدروجين إلى زيادة شدة الإشعاع ، وزيادة حجم القشرة وحجم النجم نفسه. ونتيجة لذلك ، ستصبح شمسنا كبيرة جدًا. إذا تصورنا هذه الصورة في عشرات المليارات من السنين ، فعندئذ بدلاً من قرص ساطع مبهر ، فإن قرصًا أحمر حارًا من الأحجام الهائلة سيعلق في السماء. العملاقون الأحمرون هم الطور الطبيعي لتطور نجم ، وحالته الانتقالية في فئة النجوم المتغيرة.
نتيجة لهذا التحول ، سيتم تقليل المسافة من الأرض إلى الشمس ، بحيث تسقط الأرض في منطقة تأثير الهالة الشمسية وتبدأ في "الشواء" فيها. ستزداد درجة الحرارة على سطح الكوكب عشرة أضعاف ، مما يؤدي إلى اختفاء الغلاف الجوي وتبخر الماء. نتيجة لذلك ، سوف يتحول الكوكب إلى صحراء صخرية لا حياة فيها.
المراحل النهائية لتطور النجوم
بعد بلوغ مرحلة العملاق الأحمر ، يصبح النجم الطبيعي قزمًا أبيضًا تحت تأثير عمليات الجاذبية. إذا كانت كتلة النجم متساوية تقريباً مع كتلة شمسنا ، فإن جميع العمليات الرئيسية فيها ستحدث بهدوء ، بدون نبضات وردود فعل متفجرة. سيموت القزم الأبيض لفترة طويلة ، ويتلاشى إلى الرماد.
في الحالات التي كان فيها للنجم في الأصل كتلة أكثر من 1.4 مرة شمسية ، فإن القزم الأبيض لن يكون المرحلة النهائية. مع كتلة كبيرة داخل النجم ، تبدأ عمليات ضغط المادة النجمية على المستوى الجزيئي الذري. تتحول البروتونات إلى نيوترونات ، وتزيد كثافة النجم ، وينخفض حجمها بسرعة.
ويبلغ قطر النجوم النيوترونية التي يبلغ علمها 10-15 كم. مع هذه الأحجام الصغيرة ، فإن النجم النيوتروني لديه كتلة ضخمة. يمكن للسنتيمتر المكعب الواحد من المادة النجمية أن يزن مليارات الأطنان.
في حال تعاملنا في البداية مع نجم كتلة كبيرة ، تأخذ المرحلة الأخيرة من التطور أشكالاً أخرى. مصير نجم ضخم - ثقب أسود - كائن ذو طبيعة غير مستكشفة وسلوك غير متوقع. تساهم الكتلة الهائلة للنجم في زيادة قوى الجاذبية التي تضع قوى الضغط في الحركة. تعليق هذه العملية غير ممكن. تزداد كثافة المادة حتى تتحول إلى اللانهاية ، لتشكل مساحة مفردة (نظرية أينشتاين للنسبية). سيصبح نصف قطر مثل هذا النجم في النهاية صفرًا ، ليصبح ثقباً أسود في الفضاء الخارجي. ستكون الثقوب السوداء أكبر بكثير إذا كانت المساحة في الفضاء تشغلها نجوم ضخمة وواسعة النطاق.
وتجدر الإشارة إلى أنه خلال تحول العملاق الأحمر إلى نجم نيوتروني أو إلى ثقب أسود ، يمكن للكون أن ينجو من ظاهرة فريدة - ولادة جسم فضائي جديد.
تعتبر ولادة المستعر الأعظم المرحلة الأخيرة الأكثر إثارة للإعجاب في تطور النجوم. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд. Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа. Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву. Рождение сверхновой - это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.
Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.
في الختام
Эволюция звезд - это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах - всего лишь математическая и физическая модель, теория. Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная. Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.
