كيف تموت النجوم: الأقزام البيضاء ، النجوم النيوترونية و Supernovae | أخبار التكنولوجيا

هذا التفسير الأنيق لكيفية تألق النجوم لم يكن معروفًا دائمًا. في عام 1938 فقط ، أثناء ركوب قطار إلى إيثاكا ، نيويورك ، قام الفيزيائي الألماني الأمريكي هانز بيث بخرباش المعادلات التي تصف كيف تنقص الانصهار النووي نجوم النجوم-وهو طفرة فازت بجائزة نوبل وحل واحدة من ألواح الفيزياء الفلكية.

ولكن حتى الانصهار له حدوده. عندما يتم استنفاد وقود النجم ، تتولى الجاذبية – ثم تعتمد طبيعة وفاتها بالكامل على كتلتها.

ماذا سيحدث للنجوم مثل الشمس

النجوم ذات الجماهير التي تشبه أو أقل من شمسنا تلتقي نهايتها من خلال تحول لطيف نسبيا. بمجرد أن يستنفد الهيدروجين الأساسي ، يتباطأ الانصهار ، ويؤدي الجاذبية إلى تقلص القلب. كما تناقض ، فإنه يرتفع. عندما يعبر عتبة درجة حرارة حرجة – حوالي 100 مليون كيلفن – يبدأ اندماج الهيليوم ، ويحول الهيليوم إلى الكربون والأكسجين.

وفي الوقت نفسه ، فإن القشرة المحيطة بالهيدروجين خارج القلب مباشرة ترفع وتسخين في طبقة رقيقة. يتفصل هذه الطاقة التي تحرق القشرة إلى الطبقات الخارجية للنجمة ، مما تسبب في التوسع بشكل كبير. يصبح النجم عملاقًا أحمر – Wwollen ، أكثر برودة على السطح ، ولكنه أكثر مضيئة من ذي قبل.

في النهاية ، لا يمكن للنجم الحفاظ على مزيد من الانصهار. يتم طرد الطبقات الخارجية بلطف في الفضاء ، وتشكل سديم الكوكب المتوهج ، في حين أن النواة تتخلف عن قزم أبيض: كائن ساخن كثيف تقريبًا حجم الأرض ، يتكون في الغالب من الكربون والأكسجين. حوالي 95 ٪ من النجوم في مجرة ​​متوسطة مثل درب التبانة في نهاية المطاف كقزم بيضاء.

ينفصل الكويكب بالقرب من القزم الأبيض LSPM J0207+3331 ، وتحيط به حلقات الحطام المتربة. (التوضيح: مركز طيران الفضاء في ناسا/سكوت ويسنجر)

الشمس ، أيضا ، سوف تتبع هذا المسار. في غضون حوالي خمسة مليارات سنة ، سوف يتضخم إلى عملاق أحمر ، من المحتمل أن يتجول في الزئبق والزهرة ، وربما حتى الأرض. سوف تتخلص من طبقاتها الخارجية وتترك وراءها قزمًا أبيض في مركزه – وهي بقايا بطيئة تتلاشى تشع الحرارة إلى الفضاء لمليارات السنين. لن يحدد أي انفجار نهاية الشمس – فقط تعتيم هادئ.

ولكن حتى الوفيات الهادئة لها حدودهم. في عام 1930 ، قام عالم فيزيائي هندي شاب يدعى Subrahmanyan Chandrasekhar ، أثناء الإبحار إلى إنجلترا ، بحساب أن القزم الأبيض فوق كتلة معينة – حوالي 1.4 أضعاف من الشمس – لا يمكن أن يدعم نفسه ضد الجاذبية. بعد هذا الحد من تشاندراسيخار ، سيكون الانهيار أمرًا لا مفر منه.

وضعت فكرته ، التي سخرت في البداية ، في وقت لاحق الأساس لفهمنا الحديث للثقوب السوداء وفاز به بجائزة نوبل بعد عقود.

Supernova: مصير نجوم عملاق متفجر

بالنسبة للنجوم أكثر من ثمانية أضعاف كتلة الشمس ، فإن النهاية ليست سوى هدوء. يمكن أن تصل هذه النجوم إلى درجات الحرارة الأساسية المطلوبة لدمج العناصر الثقيلة بشكل تدريجي – الكربون والأكسجين والسيليكون – وصولاً إلى الحديد.

في هذه المرحلة ، تتغير الفيزياء بشكل كبير. انصهار الحديد لا يطلق الطاقة ؛ بدلاً من ذلك ، يستهلكها. دون أي مصدر للضغط لمعارضة الجاذبية ، ينهار الأساسية على نفسه في غضون ثوان. يصبح كثيفًا بشكل لا يصدق ، ويشكل نجمًا نيوترونيًا ، أو إذا كان هائلاً بما فيه الكفاية ، ثقبًا أسود.

في هذه الأثناء ، لا تزال الطبقات الخارجية للنجم ، لا تزال تسقط إلى الداخل ، في قلب تصلب وترتفع إلى الخارج. هذا التفاعل العنيف ، جنبًا إلى جنب مع طوفان من النيوتريونات والطاقة الحرارية ، يدفع انفجارًا قويًا قويًا. والنتيجة هي واحدة من أكثر الأحداث المضيئة والحيوية في الكون – نجم يموت أكثر إشراقًا من المجرة بأكملها.

أصل العناصر الثقيلة

الانصهار في النجوم يبني عناصر فقط حتى الحديد. لكن العناصر الأثقل – غولد ، اليورانيوم ، اليود – مزورة في اللحظات الأخيرة من حياة النجم. إن الحرارة والضغط والقصف النيوتروني السريع أثناء تمكين Supernova يتيح سلسلة من التفاعلات النووية التي تشكل هذه العناصر النادرة والثقيلة.

يقوم الانفجار بتشجيعهم عبر المجرة ، مما يثري السحب الغازية التي ستشكل الجيل القادم من النجوم والكواكب. نشأت الكثير من مسألة الأرض-بما في ذلك الحديد في دمنا والكالسيوم في عظامنا-في الموت الناري للنجوم الطويلة.

مفهوم الفنان للنظام الثنائي HD 113766 ، حيث قد يتشكل كوكب صخري يشبه الأرض.
(الصورة: ناسا/JPL-Caltech)

لا تتطلب كل الانفجارات النجمية نجومًا عالية الكتلة. في الأنظمة الثنائية ، يمكن للقزم الأبيض سيفون من رفيق قريب. إذا كان يتراكم كمية كافية من الكتلة ، فإنه يصل إلى نقطة تحول ، مما يؤدي إلى انفجار نووي حراري هارب – نوع من النوع IA Supernova – الذي يمسح النجم. تعمل هذه الانفجارات كعلامات كونية للأميال لقياس توسيع الكون ، وهي أيضًا تساعد في إثراء الوسيلة بين النجوم مع عناصر ثقيلة.

الكون معاد تدويره

سواء تم وفاة النجم مع الهمس أو الانفجار ، فإن موته ليس مجرد نهاية – إنه عمل من التجديد الكوني. المواد المنتشرة من قبل النجوم التي تموت بذرة أنظمة شمسية جديدة ، عوالم جديدة ، وفي نهاية المطاف ، الظروف من أجل الحياة نفسها.

لقد بنينا من ذرات مزورة في قلوب النجوم – المكررة في حياتهم وأصدرت في وفاتهم. في كل نهاية النجوم يكمن وعد البداية.