ستارگان اجرامی رو به مرگ

[Ramin Afshar]

ستاره, بعد از طی کردن بيش‌تر عمر خود در حالت بلوغ, مرحله‌ی نهايي نورافشانی خود را به صورت غول سرخ آغاز می‌کند. دليل اين نام‌گذاری اين است که ستاره در اين مرحله سردتر می‌شود و از اين رو به رنگ قرمز در می‌آيد. و هم چنين اندازه‌ی آن به طور قابل ملاحظه‌ای بزرگ‌تر می‌شود. مسيری که در طی آن يک ستاره تبديل به غول سرخ می‌شود, بستگی به جرم و ترکيبات شيميايي يک ستاره دارد, ولی می‌توانيم الگويي عمومی را برای تمامی ستاره‌ها در اين باره معرفی کنيم. حال با اين توضيحات می‌خواهيم ببينيم که خورشيد ما در آينده چه طور به يک غول سرخ تبديل می‌شود.

تکامل خورشيد به يک غول سرخ
اکنون از عمر خورشيد تقريباً 5/4 ميليارد سال می‌گذرد. خورشيد در 4 ميليارد سال بعدی, به نورافشانی ادامه خواهد داد و اندازه‌ی آن به تدريج بزرگ‌تر خواهد شد. در 5/4 ميليارد سال آينده درخشندگی خورشيد حدود 50 درصد و قطر آن حدود 25 درصد بزرگ‌تر از اندازه‌ی فعلی می‌شود. در همين زمان, مرکز خورشيد همه‌ی هيدروژن خود را مصرف می‌کند و تمام آن به هليوم تبديل می‌شود. آنچه در مرکز باقی می‌ماند يک هسته‌ی هليومی است.
ميلياردها سال بعد از اين مرحله, اندازه‌ی خورشيد بزرگ‌تر می‌شود و هنگامی که سن آن به 3/10 ميليارد سال می‌رسد, 5/2 بار بزرگ‌تر از اندازه‌ی کنونی خود می‌شود. در طی اين افزايش اندازه, دما کاهش می‌يابد. زيرا با تمام شدن هيدروژن‌ها (در هسته‌ی خورشيد) منبع جديد ديگری برای توليد انرژی در کار نيست. هسته‌ی هليومی خورشيد در آن زمان منقبض می‌شود و سرانجام تقريباً اندازه‌ی زمين می‌شود. اما اين هسته کوچک يک چهارم کل جرم خورشيد را در برمی‌گيرد. چگالی اين هسته 50000 برابر چگالی آهن می‌شود.
توجه داشته باشيد که گاز پيرامون هسته‌ی هليومی هنوز مقدار بسيار زيادی هيدروژن دارد. هنگامی که خورشيد در حالت بلوغ است, فاصله‌ی اين مقدار هيدروژن از هسته‌ی خورشيد آن قدر زياد است که نمی‌تواند دمايش به حدی برسد که واکنش تبديل هيدروژن به هليوم در آنجا اتفاق بيافتد. ولی وقتی هسته‌ی هليومی خورشيد کوچک می‌شود, دمای محيط اطراف آن به قدر کافی بالا می‌رود و از اين به بعد شاهد خواهيم بود که هيدروژن پوسته‌ی خورشيد به هليوم تبديل می‌شود. با افزايش آهنگ تبديل هيدروژن, درخشندگی خورشيد نيز به سرعت افزايش پيدا می‌کند. سپس تنها در حدود 100 ميليون سال, درخشندگی خورشيد به 1000 برابر مقدار کنونی‌اش می‌رسد. در اين زمان, اندازه‌ی خورشيد نيز بزرگ‌تر می‌شود. در اين حالت خورشيد يک غول سرخ واقعی با دمای سطحی 3500 کلوين است.
اگر در آن روزگار بتوانيم خورشيد را ببينيم, اندازه‌ی بزرگ و دمای پايينی که خواهد داشت, چهره‌ی عجيبی به آن خواهد داد. از زمين, خورشيد به رنگ قرمز تيره ديده خواهد شد. هنگام ظهر, قطر آن حدود يک سوم کل آسمان را فراخواهد گرفت.

سوزاندن هليوم
هرچه هسته‌ی هليومی متراکم‌تر شود, دما افزايش می‌يابد. سرانجام دمای هسته‌ی هليومی به مقدار معينی می‌رسد (حدود 100 ميليارد کلوين) که اين دما برای ترکيب يافتن هسته‌های اتم‌های هليوم و تشکيل شدن عنصرهای سنگين‌تر کافی است. احتمال اين می‌رود که در اين موقع دو هسته‌ی هليوم با هم ترکيب شوند و يک هسته‌ی بريليوم تشکيل دهند. اما بريليوم تشکيل شده ناپايدار است و در زمانی بسيار کوتاه به دو هسته‌ی هليوم تبديل می‌شود. اگر هسته‌های هليوم زيادی در محيط وجود داشته باشند, هسته‌ی ديگری از هليوم می‌تواند پيش از از بين رفتن بريليوم با آن ترکيب شود و يک هسته‌ی پايدار کربن توليد کند. به اين ترتيب, در طی اين دو مرحله, هسته‌ی هليومی ستاره‌ای مانند خورشيد نهايتاً هليوم خود را به عنصر سنگين‌تری مانند کربن تبديل می‌کند. در اين فرآيند, مقادير زيادی انرژی آزاد می‌شود, درست به همان طريقی که تبديل هيدروژن به هليوم انرژی آزاد می‌کند.
با محاسباتی که در مورد ساختار آينده‌ی خورشيد انجام شده است, فهميده‌ايم که سوزاندن هليوم به تدريج اتفاق نمی‌افتد, بلکه در طی انفجاری که درخشش هليومی نام دارد, اتفاق می‌افتد. اين انفجار فقط برای ستارگانی که تقريباً هم جرم و يا کوچک‌تر از خورشيد هستند, روی می‌دهد. در ستارگان پرجرم‌تر سوختن هليوم به تدريج اتفاق می‌افتد. برای خورشيد, تنها حدود يک روز طول می‌کشد تا از مرحله‌ی آغاز سوزاندن هليوم به انفجار هسته‌ی هليومی (درخشش هليومی) برسد. درخشش هليومی, به جای آنکه دارای نور خيره‌کننده‌ای باشد, باعث می‌شود که نوارني بودن خورشيد کاهش پيدا کند. زيرا با اين انفجار، دمای هسته به دليل افزايش يافتن اندازه‌ی آن, به سرعت افت خواهد کرد. طبق محاسبات خورشيد چندين ميليون سال نيز در اين حالت باقی خواهد ماند, و در پايان به يک کوتوله‌ی سفيد تبديل خواهد شد.
انتظار می‌رود که به هنگام تبديل شدن خورشيد به يک غول سرخ, حيات بر روی زمين به کلی نابود شود. پس لازم است به فکر مکان‌هاي مناسبی برای حيات باشيم تا بتوانيم 4 ميليارد سال ديگر به آنجا برويم.
ترجمه از سایت: http://www.physlink.com