ستارگان، چراغ‌های کیهانی (بخش نخست)

---

ستارگان، چراغ‌های کیهانی

نوشته: محمد علیزاده

برای دیدن عکس‌های بزرگتر، روی آنها کلیک کنید

ستارگان چراغ‌های کیهان هستند و در اندازه‌های گوناگون و روشنایی‌های دیگرگون وجود دارند اما شالوده‌ی همه‌ی آنها، گوی‌های داغِ گازی‌ای است که نیروشان از واکنش‌های هسته‌ای در هسته‌ی مرکزی تامین می‌شود. در واکنش‌های هسته‌ی ستارگان، هیدروژن مصرف و شکافته شده و بر اساس جرم آن ستاره و با نرخ‌های متفاوت، هلیوم و انرژی تولید می‌شود. دمای سطحی یک ستاره با پرتوِ نورِ بدست آمده از آن اندازه‌گیری می‌شود. اندازه‌گیری توده و جرم ستارگان به روش‌های نامستقیم هم ممکن است. می‌دانیم که گرانش با جرم رابطه‌ی مستقیم دارد؛ پُرجرم‌ترین ستاره‌ها، پُرنورترین نیز هستند، علت این است که در هسته‌ی این ستاره‌های بسیار بزرگ و به دلیل گرانش بسیار زیاد آنها، ماده با انباشتگی بسیار بالا، بسیار بسیار درهم فشرده شده است که باعث شتاب در واکنش‌های هسته‌ای می‌شود. اما شُکوه چنین ستاره‌هایی چندان دیرپا نیست. ستاره‌های غول‌پیکرِ آبی-سپید، سوخت هسته‌ای خود را در مدت کوتاهی در سنجه‌ی ستاره‌ای و در حدود ده میلیون سال به پایان می‌رسانند.

کهکشان راه شیری با میلیاردها ستاره‌اش بر فراز صحرای آتاکاما در شیلی. در سمت چپ و پایین، دو ابر ماژلانی هم دیده می‌شوند

از سویی ستاره‌های کم جرم‌تر، به آرامی و با تنگ چشمی و سخت‌گیری سوخت خود را مصرف می‌کنند. ستاره‌های کوچکِ نارنجی یا سرخ‌گون، شاید برای صدها میلیون سال به زندگیِ خود ادامه دهند. خورشید ما نیز ستاره‌ای زرد رنگ با جرمی متوسط است که با همین درخشندگیِ اکنونش، به مدت 4500 میلیون سال در حال تابیدن است و تابشش را تا 5000 میلیون سال دیگر که سوختش به پایان می‌رسد، ادامه خواهد داد. جرم یک ستاره، رابطه‌ی نزدیکی با درخشندگی‌اش دارد. بنابراین هرچه توده‌ی ستاره‌ای بیشتر باشد، پر نورتر و درخشنده‌تر نیز خواهد بود. ستارگان منبع انرژی نورانی و گرمایی هستند. بزرگی این انرژی از شگفتی‌های کیهان است. در هر دقیقه، هر سانتی متر مربع از سطح زمین که در راستای پرتو نور خورشید قرار دارد، 1/94 کالری انرژیِ نورانی و گرمایی دریافت می‌کند. این عدد، ثابت تابش خورشیدی نام دارد. خورشید به طور متوسط بر هر کیلومتر سطح زمین در حدود دو میلیون اسب بخار انرژی می‌دهد. شگفتاورتر اندازه‌ی انرژی‌ای است که تنها در یک سال به زمین می‌رسد و آن پنج میلیون برابر از تمامی انرژی‌ای که از ذغال سنگ، گاز، آب، نفت، انرژیِ هسته‌ای، باد و هر انرژی دیگری که در زمین تولید شود بیشتر است. شگفتی دیگر انرژی‌ای است که تنها در یک دقیقه از خورشید تابیده می‌شود و برابر است با عدد بسیار بزرگ 472300 میلیارد میلیارد اسب بخار! می‌دانید از عمر خورشید چقدر گذشته؟ عمر خورشید را به دقیقه تبدیل و در عدد بالا ضرب کنید. آیا عددی را که یافته‌اید، می‌توانید بخوانید؟ بسیار خوب، این را هم بدانید که زمین تنها یک دو میلیاردیوم از این انرژی را دریافت می‌کند. برای تولید این اندازه انرژی، خورشید در هر ثانیه در هسته‌ی خود 700 میلیون تن هیدروژن را به 695 میلیون تن هلیوم تبدیل می‌کند و باقی مانده به انرژی تبدیل می‌شود. این رقم در برابر جرم خورشید چنان ناچیز است که می‌تواند تا پنج میلیارد سال دیگر به زندگی ادامه دهد.

   

ستارگان رشته اصلی
اگر بر اساس درخشندگی یا قدر ظاهری بر اندازه‌ی گرما یا گونه طیفی ستارگان نموداری ترسیم کنیم و ستارگان را بر این اساس در نموداری دسته‌بندی کنیم، خواهیم دید که بیشتر آنها در رشته‌ای جا می‌گیرند که به رشته‌ی اصلی  معروف است. هشتاد درصد از ستارگان قابل دیدن از جمله خورشید در دوره‌ی بلوغ زندگیشان قرار دارند و به ستارگان رشته‌ی اصلی  معروفند. ستارگان رشته‌ی اصلی (Main Sequence Stars) از دید بسیاری ویژگی‌ها همانند یکدیگر هستند. هر چه جرم بیشتری داشته باشند، درخشندگی بیشتری هم دارند. اما دو مورد بسیار مهم نظم رشته را بر هم می‌زند. نخست ستارگانی با درخشندگی زیاد و دمای کم که به غول‌های سرخ (Red Giant) معروفند و دوم ستارگانی با درخشندگی اندک و دمای سطحی زیاد که به کوتوله‌های سفید (White Dwarf) معروف بوده و هر دو گروه از رشته‌ی اصلی بیرون هستند.
 

نمودار ستارگان رشته‌ی اصلی در این تصویر مشاهده می‌شود. نوار پایین دمای سطح و نوار سمت چپ درخشندگی ستارگان است. در بالا و راست، غولها و ابرغولهای سرخ و در پایین و چپ، کوتوله‌های سفید جای دارند که هر دو دسته از رشته‌ی اصلی بیرون هستند. جایگاه خورشید نیز مشاهده می‌شود.

ستارگان بیرون از رشته اصلی
غول‌های سرخ و به ویژه اَبَرغول‌های سرخ، (Red Super giant) بسیار بزرگند. برخی آن قدر بزرگند که می‌توانند تا قسمتی (مثلا تا مدار کیوان) از منظومه‌ی خورشیدی را در خود جای دهند. و این حجم بزرگ نشان‌دهنده‌ی چگالی بسیار کم آن‌هاست. این ستارگان در دوران سالخوردگی به سر می‌برند و همه‌ی سوخت خود را برای واکنش‌های گرما-هسته‌ای به مصرف رسانده و از دایره‌ی رشته‌ی اصلی بیرون شده‌اند.
کوتوله‌های سفید ستارگانی کوچک هستند که به آرامی و همچون تکه زغالی در شومینه، سرد شده و ناپدید می‌شوند. جرم کوتوله‌های سفید، کمابیش معمولی و در حدود جرم خورشید است، ولی حجمشان بسیار کوچکتر از اندازه‌ی آن و قطرشان تنها چند برابر قطر زمین است. در نتیجه چنین ستارگانی، بسیار چگال هستند، جوری که تنها یک قاشق از ماده‌ی یک کوتوله‌ی سفید چندین تن وزن دارد. تاکنون صدها کوتوله‌ی سفید شناخته شده، اما تعدادشان به راستی بیش از آن است که توسط رصدگران دیده‌وری شده باشد. نور اندک آنها باعث شده که در ژرفای فضا ناپیدا باشند. گام پایانیِ دگرگشت هنجار یک ستاره، مرحله‌ی کوتوله سفید است. ستارگانی با اندازه‌ای متوسط چون خورشید، هنگامی که به پایان عمر می‌رسند، نخست متورم شده و به غول‌ سرخ دگرگون می‌گردند و سپس کوچک شده و به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند.
 

کوره‌ی سوزان خورشید؛ سیاره‌ی ناهید نیز در حال گذر از برابر این ستاره‌ی فروزان دیده می‌شود

ستارگان متغیر
ستارگان رشته‌ی اصلی اجرامی پایدارند. جرم و در نتیجه درخشندگی آنها با گذشت میلیونها سال دستخوش دگرگونی نمی‌شود. برخی کوتوله‌های سفید و غول‌های سرخ نیز چنین هستند. در برابر آنها، ستارگانی وجود دارد که درخشندگی و پرتو نوری آنها در گذر زمان دگرگون می‌شود. برخی روشنایی‌شان پیوسته دگرگون می‌شود. از آن جمله متغیرهای قیفاوسی (Cepheid)  و متغیرهای درازدوره (Long Period Variable)  هستند. درخشندگی قیفاوسی‌ها در آغاز دوره‌ی دگرگونی با شتاب و برای ساعتها زیاد شده و سپس به مدت چند روز کم کم از روشنایی‌شان کاسته و باز این دوره تکرار می‌شود. دگرگونی‌های بسیار منظم و سامان یافته‌ی این ستارگان کمکی است برای اندازه‌گیری فواصل ستاره‌ای. متغیرهای درازدوره معمولا غول‌های سرخی هستند که دوره‌ی تناوبشان بیش از صد روز است و تغییرات نور در آنها منظم نیست.



ادامه دارد...

---