"ستترك الشمس ماسة بحجم الأرض." عالم الفلك ميخائيل ليساكوف - حول تطور النجوم
Miscellanea / / July 27, 2023
مثل النوع البيولوجي ، فهو يستمر لملايين السنين ، لكنه لا يؤدي إلى ظهور أنواع جديدة من الكائنات الحية ، بل الذهب على وجه الخصوص.
هناك العديد من الأساطير التي كثيرًا ما يواجهها علماء الفلك. على سبيل المثال ، يعتقد الكثيرون أن كوكب المشتري يمكن أن يتحول يومًا ما إلى نجم. وكل نجم سينفجر في نهاية عمره.
الفيزيائي والفلكي ميخائيل ليساكوف أخبر في منتدى "العلماء مقابل الأساطير" ، مسار الحياة الذي يمر به كل نجم. وأوضح أيضًا ما سيحدث لشمسنا في نهاية التطور ، وشرح سبب كون الذهب معدنًا كونيًا. هذا المنتدى مستضاف من قبلأنتروبوجينيسيس"- نشر مقطع فيديو على قناة يوتيوب. ولخص Lifehacker المحاضرة.
ميخائيل ليساكوف
مرشح العلوم الفيزيائية والرياضية ، باحث أول في مختبر علم الفلك الراديوي خارج المجرة التابع لمركز الفضاء الفلكي التابع لشبكة المعلومات والعمل بشأن أولوية الغذاء. مؤلف أكثر من 40 ورقة علمية.
أي جرم سماوي يمكن اعتباره نجما
هناك صيغة تافهة: النجم هو جسم نرى الأشعة منه.
في الواقع ، هذه ليست مزحة حقًا. إذا نظرنا إلى صور الفضاء الملتقطة بالتلسكوبات ، فسنرى غيوم ضبابية ونقاط مضيئة. بقع الضباب الصغيرة هي المجرات. النقاط المضيئة مع عدة أشعة هي النجوم.
تم تصميم النظام البصري للتلسكوب الحديث بحيث تظهر الأشعة بالفعل في النجوم عندما ينكسر الضوء في الصورة. لكن في خرائط السماء القديمة ، عندما لم يكن هناك مثل هذه التلسكوبات ، صور الناس النجوم بنفس الطريقة.
لفهم ماهية السر ، أجرى العلماء دراسة صغيرة. لقد ألقوا في عيون الناس بمصدر صغير ولكنه مشرق ، والتقطوا الصور شبكية العين. اتضح أن جميع الأشخاص في شبكية العين أنتجوا صورًا متشابهة جدًا. أي مركز واضح وسحابة من الخطوط الرفيعة تتقاطع عند هذه النقطة. هذا صحيح: النجوم هي أجرام سماوية لامعة لها أشعة.
والآن بجدية. لفهم كيف يختلف النجم عن الفضاء الآخر أشياءدعونا نلقي نظرة على مركزها. هناك نواة يحدث فيها تفاعل نووي حراري بشكل مستمر. نتيجة لذلك ، تتحول العناصر الخفيفة إلى عناصر أثقل ويتم إطلاق الطاقة بسبب هذا الانتقال. يتم نقله إلى الطبقات الخارجية للنجم. على سبيل المثال ، عن طريق خلط كتل كبيرة من المادة. هذه العملية تبدو الغليان الماء في قدر. هكذا نرى سطح شمسنا.
التفاعل النووي الحراري المستمر هو السمة المميزة الرئيسية للنجم.
لمثل هذا الاندماج ، من الضروري تقريب الجسيمات المشحونة إيجابياً ، والبروتونات ، من بعضها البعض. لدعم هذه العملية ، هناك حاجة إلى ارتفاع درجة الحرارة والضغط. ونتيجة للتفاعل ، يتم الحصول على ذرة هيليوم واحدة من ذرتين هيدروجين أو أربع بروتونات.
لكن من المعروف أن أربعة بروتونات تزن أكثر من هذه الذرة. لذا ، عليك أن تفهم أين يذهب الاختلاف.
في كوننا ، لا نعرف العمليات التي يمكن أن تأخذ الكتلة أو الطاقة لتختفي. هذا لا يحدث. في عمليات الاندماج ، تولد بعض الجسيمات الجديدة مثل النيوترينوات وتنطلق الطاقة. في الواقع ، بسبب هذا ، تألق النجوم.
ميخائيل ليساكوف
إذا اصطدمت ثلاث ذرات هيليوم ، تتشكل ذرة الكربون نتيجة اندماج نووي حراري. لكن هذا يتطلب درجة حرارة أعلى. ومع ذلك ، فإن العملية لا تتوقف عند الكربون أيضًا. ثم يبدأ الأكسجين في التصنيع ، ثم المغنيسيوم. وهكذا إلى الحديد. لم يعد يتم دعم تركيب العناصر الأثقل في قلب النجم بشكل تلقائي. يحتاج إلى طاقة إضافية من الخارج.
هناك أسطورة مفادها أن كوكب المشتري يجب أن يصبح نجمًا أيضًا شمس، ولكن حدث خطأ ما. هذه خرافة ، لأن كتلة هذا الكوكب لا تكفي لدعم تفاعل نووي حراري مستمر. لن تكون درجة الحرارة والضغط مرتفعين بدرجة كافية. لذلك ، يمكن أن يصبح كوكب المشتري نجماً فقط بشرط واحد: سيزيد من كتلته بحوالي 15 مرة. لكن هذا مستحيل.
كيف تبدو النجوم؟
إذا نظرت إلى سماء الليل في يوم صافٍ ، يمكنك رؤية أنواع مختلفة من النجوم:
- مشرق أو خافت. كان يعتقد أن أقل وضوحا النجوم هم بعيدون عنا. ولكن بعد ذلك تعلم علماء الفلك قياس المسافات إلى الأجسام الفضائية. واكتشفوا أن سطوع النجوم لا يعتمد على بعدهم ، بل على قوتهم. بالنسبة لبعض النجوم ، تكون هذه المعلمة أكبر بالفعل من غيرها.
- متعدد الألوان - الأزرق والأصفر والأحمر والأبيض. ظلال مختلفة من النجوم ليست مجرد وهم. كل واحد منهم لديه درجة حرارة الإشعاع الخاصة به.
قام العلماء ببناء رسم بياني حيث يكون المحور الأفقي هو درجة حرارة النجم أو لونه. المحور الرأسي هو السطوع وتشبع الضوء. ثم نضع كل النجوم المعروفة في هذا الرسم البياني. ورأوا أن معظمهم كانوا موجودين بشكل قطري - من أقوى وأقوى العمالقة الزرقاء الساخنة إلى الأقزام الحمراء الصغيرة. كان يسمى هذا القطر بالتسلسل الرئيسي.
جميع النجوم التي تحرق الهيدروجين حاليًا في المركز وتحوله إلى هيليوم تقع على هذا الخط المستقيم.
ميخائيل ليساكوف
تقع النجوم الضخمة والمشرقة الأكثر سخونة في الجزء الأزرق من الطيف. هناك عدد قليل جدًا منهم ، ويعيشون وقتًا قصيرًا نسبيًا. لكن في المنطقة الحمراء اليسرى من الطيف ، نرى المزيد من النجوم. كتلتها أصغر بكثير ، فهي أكثر برودة وتألقًا ضعيفًا. لكن عمرهم أطول بكثير من عمر العمالقة الزرقاء. الشمس أقرب إلى الوسط - في المنطقة الصفراء من الطيف.
ولكن هناك بعض المناطق الأخرى على الرسم البياني. ضع في اعتبارك تلك الموجودة فوق التسلسل الرئيسي. تصل النجوم إلى هناك ، وفي عملية الاندماج النووي الحراري ، انتهى كل الهيدروجين ، أي احترق. اتضح نوعًا من "دار رعاية المسنين" للنجوم - مكان يسقط فيه النجوم عند غروب الشمس في حياتهم. لا يزال تفاعل الاندماج مستمرًا فيها وتستمر العناصر الأخف في التحول إلى عناصر ثقيلة.
ولكن هناك منطقة أخرى ملحوظة إلى حد ما من العناقيد النجمية - أسفل التسلسل الرئيسي. يطلق عليها علماء الفلك "المقبرة".
عندما تنفد النجوم من جميع العناصر الأخرى التي يمكن أن تنتجها في نواتها ، ينتهي بهم الأمر في "مقبرة النجوم". حيث يكون الجو حارًا جدًا ، ولكنه قاتم جدًا.
ميخائيل ليساكوف
كيف يحدث التطور النجمي؟
الآن دعنا نتحدث بمزيد من التفاصيل حول الأحداث التي تحدث في حياة النجوم الطويلة.
يسمي علماء الفلك جميع التغييرات في حالة النجوم بالتطور النجمي. ليس لديها أي شيء مشترك معها التطور البيولوجي. المصادفة الوحيدة هي أن كلا العمليتين تستمر لملايين ومليارات السنين.
التطور النجمي هو دورة حياة كاملة لكل نجم. خلال هذا الوقت ، يتغير النجم بشكل لا يمكن التعرف عليه. لكن أي نوع من التغييرات التي تنتظرها يعتمد على الكتلة. من الممكن تقسيم الأجسام الفضائية بشروط إلى ثلاث مجموعات.
1. النجوم ذات الكتلة المنخفضة
على سبيل المثال ، Proxima Centauri. يولدون في سحابة من الغبار والغاز ويصبحون أقزامًا حمراء. وبعد ذلك يعيشون لفترة طويلة جدًا في حالة غير متغيرة ، حتى نفاد الهيدروجين. مثل هذا المصير ينتظر النجم إذا كانت كتلته أقل بعشر مرات من كتلة الشمس.
2. النجوم في الحجم مماثلة للشمس
هذه أشياء أثقل وأكثر إثارة للاهتمام. كتلتها كافية للمرحلة التالية ، تخليق الكربون من الهيليوم ، لتبدأ في اللب بعد احتراق الهيدروجين. ونتيجة لذلك ، فإنها تتضخم إلى حجم العملاق الأحمر. على سبيل المثال ، ستزداد الشمس نتيجة لهذه العملية بحيث تبتلع عطارد والزهرة. وبعد ذلك سينمو تقريبًا إلى مدار الأرض. سيحدث هذا في حوالي خمسة مليارات سنة. سيكون من الرائع أن يجد الناس طريقًا بحلول ذلك الوقت. كن بعيدا من نورنا.
ثم يلقي هذا النجم بقذيفة تتحول إلى سديم كوكبي. في المركز تبقى نقطة مضيئة - النواة السابقة. وينتقل النجم المشروط إلى المقبرة.
3. نجوم ضخمة
كتلتها أكبر من الشمس بعشر مرات. إنهم يعيشون بسرعة ، وفي النهاية يتحولون إلى أي منهما ثقب أسودأو إلى نجم نيوتروني. سنتحدث بمزيد من التفاصيل حول كيفية حدوث تطور النجوم الضخمة.
ستترك الشمس مع قزم أبيض مصنوع من الكربون. عندما يبرد تمامًا ويتبلور الكربون ، من حيث المبدأ ، ستحصل على ماسة بحجم الأرض.
ميخائيل ليساكوف
كيف تظهر النجوم النيوترونية والثقوب السوداء؟
في النجوم الثقيلة جدًا ، تسمح درجة الحرارة والضغط للتفاعل النووي الحراري بالاستمرار حتى مرحلة تكوين الحديد. لذلك ، في هيكلها ، تشبه نوى العمالقة البصل. يوجد في المنتصف الحديد ، ثم طبقة من السيليكون والأكسجين والنيون وما إلى ذلك.
عندما تتحول كل المواد إلى حديد ، يتم إيقاف تشغيل محرك الاندماج. إنه بالفعل غير مربح بقوة بالنسبة له أن يعمل أكثر. لذلك ، يتوقف إشعاع النجم. لكن جاذبية بقايا.
ثم تجبر الجاذبية كل الطبقات الخارجية على الانهيار والتحليق باتجاه المركز.
ثم ينفجر النجم مثل سوبر نوفا. لكن هناك خياران هنا:
- ستوقف القوى الكمية عملية الانهيار. ستصبح كثافة المادة النجمية المتبقية بعد الانفجار عالية جدًا بحيث يتم ضغط الإلكترونات في البروتونات ونتيجة لذلك تشكل جسيمات محايدة - نيوترونات. بسبب التأثيرات الكمومية ، لن تسمح النيوترونات للجاذبية بمواصلة عملية الانضغاط. نتيجة لذلك ، يتشكل نجم نيوتروني - جسم ذو كثافة عالية للغاية من المادة.
- الجاذبية أقوى من قوى الكم. ثم تستمر عملية الانهيار حتى يتحول الجسم إلى ثقب أسود.
هناك أسطورة مفادها أن الثقوب السوداء سوف تمتص كل المادة تدريجياً كون. لكنها ليست كذلك.
يحدث أن تولد النجوم وتعيش في أزواج. تخيل أن أحدهما تحول إلى ثقب أسود ، والآخر تحول إلى عملاق أحمر. ثم يقوم الأول بسحب المادة ببطء من الثانية. يتشكل قرص من الجسيمات الساخنة حول الثقب الأسود. إذا كان هناك الكثير من هذه الجسيمات ، فسنلاحظ العملية العكسية.
في ظل ظروف معينة ، يمكن للثقب الأسود أن يبدأ في التخلص من نفاثات المادة. وهذا يعني ، من حيث المبدأ ، أن "تغذية" ثقب أسود ليس بهذه السهولة. والمخاوف من أن الثقوب السوداء سوف تمتص كل مادة الكون ، بشكل عام ، لم يتم تأكيدها بقوة من قبل أي شيء.
ميخائيل ليساكوف
من أين أتى الذهب والمعادن الثقيلة الأخرى في الكون؟
اكتشفنا أن الحديد والعناصر الأخف يتم تصنيعها في عملية تفاعل نووي حراري داخل النجم. دعونا نرى كيف تتشكل العناصر الأثقل من الحديد.
هذا يتطلب نيوترونات إضافية وبكميات كبيرة. في ظل ظروف معينة ، يمكن "دفعها" إلى نواة ذرة عنصر أخف. نتيجة لذلك ، يمكن أن تفقد النيوترونات الإلكترونات في عملية اضمحلال بيتا. ثم ستتحول الجسيمات المحايدة إلى بروتونات وستزداد شحنة الذرة. هذا يعني أنه ستكون هناك زيادة في الرقم التسلسلي - سيتحول العنصر إلى عنصر أثقل.
السؤال الذي يطرح نفسه: من أين تحصل على الكثير من النيوترونات الحرة. في السابق ، كان يُعتقد أن عددًا كبيرًا منهم يظهر بعد انفجارات المستعر الأعظم. لكن في عام 2017 ، تمكن العلماء من ملاحظة عملية أخرى - اندماج نجمين نيوترونيين. والنتيجة هي جسم واحد والكثير من الحطام. ونتيجة لذلك ، ينشأ "تسونامي" من هذه الأجزاء المكونة من نيوترونات نقية. كثافة هذا التدفق كبيرة جدًا - فهي قابلة للمقارنة بالكثافة ماء.
يتم "دفع" الكثير من النيوترونات إلى أي ذرة تلتقي في مسار هذا التيار. ثم تتحلل إلى بروتونات وإلكترونات ، ونتيجة لذلك ، يتم الحصول على عناصر أثقل. على سبيل المثال، ذهب.
يعرف العلماء اليوم أن معظم المعادن الثقيلة في كوننا قد تشكلت بهذه الطريقة.
في السابق ، كان يمكن للمرء أن يقول: تخيل يا رفاق ، لديك هنا حلقات ذهبية - لقد ولدوا جميعًا أثناء انفجار مستعر أعظم. والآن سأخبرك بهذا: هنا لديك مجوهرات - الذهب فيها ولد أثناء اندماج نجمين نيوترونيين. أعتقد أنه رائع جدًا.
ميخائيل ليساكوف
اقرأ أيضا🧐
- 12 مزيفة سخيفة عن الفضاء
- عالم الأحياء ميخائيل نيكيتين: كيف تثبت أن الحياة على الأرض نشأت من تلقاء نفسها
- هل صحيح أن الكون شديد التعقيد ولا جدوى من دراسته: عالم الفيزياء الفلكية يبدد الأساطير الشعبية