تطور النجوم

[Bskowet]

الشمس هي نجم وهو واحد من أكثر من مائة ألف مليون نجم في مجرتنا. كما يحوي الكون بلايين المجرات، بعضها أصغر من مجرتنا وبعضها أكبر، وكلها تحوي نجوما بأعداد تعد بالبلايين.
تختلف النجوم الناشئة كثيرا من وجهة كتلتها فمعظمها يمتلك كتلة قريبة من كتلة الشمس؛ تلك الأعداد العظيمة من النجوم نجد بينها نجوما صغيرة أصغر من الشمس - ربما بكتلة 1و0 كتلة شمسية - وأخرى عظيمة الكبر تصل كتلتها إلى نحو 200 كتلة شمسية. بالتالي فهي تختلف فيما بينها من وجهة درجة الحرارة ودرجة اللمعان واللون وما يحدث في داخلها من عمليات نووية واندماج للعناصر، وكذلك بمقدار طول عمر كل منها.
نجم مثل شمسنا تتطور في البدء كنجم أبيض ساطعا، نشأت من سحب غازات وغبار كوني، وحاليا بعد 5و4 مليار سنة من نشأتها أصبح لونها أصفر برتقالي، وتنتهي كنجم أحمر باهتا متضخما (عملاق أحمر). ويقدر عمر الشمس الكلي منذ البداية حتى تصل إلى مرحلة العملاق الأحمر ثم تتحول إلى قزم أبيض بنحو 10 مليارات من السنين، فهي حاليا في أواسط عمرها. وكما نرى في الجدول، نجد أن عمر نجم كبير كتلته أكبر 60 مرة من كتلة الشمس مثلا فلا يبلغ عمره الكلي سوى نحو 3 ملايين سنة فقط؛ ذلك لأن حرارة باطنه تكون عالية جدا تصل إلى عدة بلايين درجة كلفن بحيث يستهلك وقوده بسرعة. في التالي نصف معلوماتنا الفلكية عن تطور النجوم على اختلاف أحجامها من بعد تجمع كتلتها المبدئية.
عمر النجوم
يتكون النجم عندما تأخذ كمية من الغازات غالباً تكون من الهيدروجين بالتجمع والانكماش تحت تأثير قوة الجاذبية؛ ومع هذا التقلص يزداد تصادم الغازات فيما بينها بسرعات كبيرة. ويسخن الغاز حتى يصبح حاراً جداً إلى درجة أن تندمج ذرات الهيدروجين عند تصادمها لتكونّ الهيليوم؛ هذا الاندماج النووي هو أساس صناعة القنبلة الهيدروجينية التي تطلق طاقة هائلة من اندماج الهيدروجين. الاندماج النووي يجعل النجم مشعاً وهذه الحرارة تزيد من ضغط الغازات (البلازما) فيصبح كافياً ليوازن قوة التجاذب الثقالي ويحتفظ النجم بحجمه - هذا هو ما يحدث في الشمس. ويبقى النجم مستقراً لفترة طويلة حيث يتعادل ضغط الإشعاع الناشئ من الاندماج والتفاعلات النووية مع قوة التجاذب الثقالي (أي أنه يكون في حالة توازن بين ضغط الإشعاع وقوة الجاذبية فتوقفه عن الانكماش.
ولكن في النهاية ينضب الهيدروجين من النجم، فكلما كانت كمية الوقود كبيرةً عند ولادة النجم كان نضوبه أسرع لأنه كلما كانت كتلة النجم كبيره نجد أن حرارته تكون عالية حيث يعمل ضغطه الداخلي على مقاومة تجاذبه الثاقلي - الذي يريد جمع كل مادة النجم في نقطة واحدة - وكلما كانت حرارته عالية كان أسرع استهلاكا للوقود.
ولأن شمسنا من النجوم المتوسطة فإنه على الأقل يوجد بها وقود يكفي إلى نحو خمسة آلاف مليون سنة قادمة فقط. فإذا أخذنا عمر شمسنا كمثال، فهي تمر منذ نشأتها قبل نحو 5و4 مليار سنة بمرحلة يندمج خلالها الهيدروجين (البروتونات والديوترونات) إلى الهيليوم، ويستمر ذلك حتى يقرب اندماج الهيدروجين على الانتهاء، حينئذ تنكمش طفيفا فتعلو درجة حرارتها فيبدأ اندماج الهيليوم. يحتاج اندماج الهيليوم إلى درجة حرارة في قلب النجم أعلى من درجة حرارة اندماج الهيدروجين (12 - 14 مليون كلفن).
وعنما يقترب اندماج الهيليوم على الانتهاء تبدأ عملية احتراق الكربون (أي اندماج الكربون) عند درجة حرارة أعلى، ثم عملية احتراق الأكسجين، ثم عملية احتراق السيليكون بالتتابع - حتى يتخلق الحديد. يكون قلب الشمس قد وصلت حرارته إلى نحو 2 مليار كلفن. ولا يستطيع الحديد بسبب خصائصه الفيزيائية على إمداد الشمس أو النجم بالطاقة لأنه يحتاج طاقة أكبر لاندماجه عن الطاقة التي يعطيها، فتكون الشمس أو النجم وقد وصل عمرها نحو 9 مليارات سنة منذ نشأتها قد أصبحت عملاقا أحمرا. تفاعلات الحديد في قلب النجم لا تقوى على إمداد النجم بالطاقة وبالتالي يبدأ قلب النجم في الانكماش تحت القوة الثقالية ويزداد الانكماش حتى يحدث انفجار هائل (مستعر أعظم) تطرد فيه الشمس طبقاتها الخارجية وتبعثرها في الفضاء، أما القلب الشديد الكثافة فيتحول إلى قزم أبيض وتزداد كثافته. يحدث للقزم الأبيض ما يسمى ضغط المادة المتحللة.