ستارگان چگونه روشن میشوند ؟ انرژی گرمایی و نور حاصل از ستارگانی همچون خورشید چگونه حاصل میگردد؟
بیایید کمی روی هسته اتمها تمرکز کنیم و اندکی بیشتر در باره انرژی ذخیره شده شان و فرایند مهم که باعث رهاسازی این انرژی را تسهیل میکند بیشتر یاد بگیریم .(گداخت یا همجوشی هسته ای )
دو پروتون را در نظر بگیرید .اگر انها را به حال خودشان واگذار کنیم از هم دور میشوند چون هر دو بار الکتریکی مثبتی دارند . 
حال بیایید تصور کنیم انها را به هم نزدیک بکنیم هر قدر به هم نزدیک بشوند نیروی دافعه شان بیشتر میگردد در حقیقت با نصف شدن فاصله ...نیروی دافعه بیشتر میشود . 
پس ظاهرا پروتون ما محکوم به دور شدن از هم هستند .اگر دافعه الکتریکی تنها نیروی طبیعت میبود قطعا اتفاقی که گفتیم میافتاد .
با این حال نیروهای هسته ای قوی و ضعیف نیز وجود دارند که در خال رقابت با نیروی الکتریکی هستند . 
به ادامه ی مطلب بروید.

زمانی که پروتونها را به قدری نزدیک بهم بکنیم که تقریبا تماسی حاصل شود اتفاقی بسیار جالب میافتد . البته نه همیشه ولی در این حالت یکی از پروتونها خود به خود تبدیل به نوترون خنثی میشود . 
و بار مثبت اظافی اش را به صورت ذره ای به نام پوزیترون گسیل میکند..پوزیترون همان ضد الکترون هست با همان خاصیت الکترون ولی با بار مثبت . 
همچنین ذره ای به نام نوترینو تابیده میشود . در مقایسه با پروتون و نوترون که تقریبا جرم مشابهی دارند . الکترون و نوترینو بسیار سبک بوده و به سرعت صحنه حادثه را ترک میگویند . 
برهمکنش ضعیف باعث رخ دادن این رویداد میگردد . 
پروتون و نوترون که در هسته اتم هستند به راحتی بدون مزاحمت دافعه الکتریکی میتوانند تحت نیروی هسته ای قوی کنار هم باشند . از گنار گرفتن این دو به صورتی که گفتیم دوترون تشکیل میشه  .همان هسته اتم هیدروژن سنگین ....
و فرایند تبدیل شدن پروتون و نوترون با تابش پوزیترون را "واپاشی رادیو اکتیو بتا " میگویند . 
فشار دادن دو پروتون بهم و نزدیک کردنشان به هم یکی از روشهایی است که با ان میتوان انرژی پیوندی نیروی هسته ای قوی را ازاد کرد و این مثالی است از گداخت هسته ای ...واژه گداخت برای توصیف هرفرایندی استفاده میگردد که در ان بر اثر امیختن دو یا چند هسته باهم انرژی ازاد شود . 
برعکس ازاد شدن انرژی در طی فرایندهای شیمیایی که ناشی از نیروی الکترومغناطیس است...نیروی هسته ای قوی انرژی پیوندی بسیار عظیمی دارد .
میتوان گفت انرژِ ازاد شده حین واکنش هسته ای تقریبا یک میلیون برابر بیشتر از انرژی ازاد شده در طی یک وانکش شیمیایی است . علتی که گداخت هسته ای روی زمین روزمره اتفاق نمیافتدد این است که نیروی قوی تنها در فواصل بسیار ریز عمل میکند . و زمانی خودنمایی میکنه که ذرات بسیار بهم نزدیک شوند . 
نمیتوان به سادگی در طبیعت دو پروتون را انقدر بهم نزدیک کرد زیرا مقاومت دافعه الکتریکی دارند ..یکی از روشهایی که میشه پروتونها را انقدر بهم نزدیک کرد دمای بالا میباشد . 
زیرا دما چیزی نیست جز اندازه گیری میانگین سرعت مولکولهای موجود  .... حداقل به دمایی حدود ده میلیون درجه نیازمندیم تا فرایند گداخت را اغاز کنیم !!!! از بخت خوب ما مکانهایی در جهان هستند که این دماها در انجا امکان پذیر هست . (قلب ستارگان )
بیایید به عقب تر برگردیم  . به عصر تاریکی کیهانی برویم ..کمتر از نیم میلیارد سال بعد از بیگ بنگ یا همان مهبانگ ... جهان فقط دارای هیدروژن و هلیوم بود و مقادیر بسیار ناچیزی از عناصر سبک . 
به مرور جهان و با انبساط عالم و خنک شدن جهان گازهای اولیه تحت اثر گرانش خودشان شروع به انقباض کردند و هر قدر بهم نزدیک شدند سرعتشان بیشتر میشد ...
و این باعث بالا ت رفتن دمای این اتم ها میشد داغتر میشدند .. چگالیشان افزایش میافت . در دمای 10000 درجه الکترون ها از مدارشان به دور هسته جدا شده و وارد گازی از الکترون و پروتونها که به ان "پلاسما " گویند میشوند . هر کدام از الکترون ها و پروتونها به شدت هر چه تمام تر به سمت داخل و مرکز این حجم از گاز حرکت کرده و فروپاشی مجموعه را تسریع بخشیدند . 
زمانی که دما به ده میلیون درجه رسید به علت وقوع اتفاقی مهمی پلاسما از سقوط خلاص میشود . اتفاقی که توپ مملو از الکترون و پروتونها را به حیات و نور جهان تبدیل کرد . (منبع بسیار زیادی از انرژی هسته ای یک ستاره )
پروتونهای منفرد به هم جوش خوردند و یک دوترون را ساختند و ان نیز به نوبه خود میتواند با پروتون دیگری جوش بخورد و هلیوم را بسازد و در طی این فرایند انرژی پیوندی زیادی ازاد شده و به این ترتیب ستاره جدید به تدریج قسمتی از جرمش را از دست داده و به انرژی تبدیل میکند که هسته ستاره داغ تر کرده و از فروپاشی گرانشی بیشتر جلوگیری میکند ...حداقل تا چند میلیارد سال ... زمانی کافی برای گرم شدن سیارات سنگی و سردی مثل زمین  .. و جریان یافتن حیات موجودات و حتی موجوداتی هوشمند  مثل ما این فرصت را یافتند تا تکامل یابند . 
خورشید ما ستاره ای است متوسط در میانسالی خودد به سر میبرد . هیدروژن میسوزاند و هلیوم تولید میکند . در طی تبدیل 600 میلیون تن هیدروژه به هلیوم ...در هر ثانیه از روز از هر هزاره ...4 میلیون تن از جرمش کم میشود . 
این ولخرجی که اساس وجود ماست نمیتواند تا ابد ادامه یابد . اما چه اتفاقی میافتاد که توپ عظیمی از گاز پلاسما به نام خورشید روزی هیدروژنش تمام شود و سوختی برایش باقی نماند . ؟
بدون منبع انرژی هسته ای که فشاری به بیرون اورد ستاره تحت نیروی گرانشی در خود فرو میریزد دوباره داغتر و داغتر میشود حتی دمایش تا 100 میلیون درجه هلیوم شروع به سوختن میکند . و دوباره فروپاشی متوقف میشود . لازم به ذکره از واژه سوختن استفاده کردن کار درستی نیست چون این سوختن به معنای سوختن شیمیایی نیست منظور همان گداخت هسته ای است . 
وقتی دو هسته هلیوم دچار همجوشی یا گداخت هسته ای شوند نوع خاصی از بریلیوم که از 4 پروتون و 4 نوترون تشکیل شده است به دست میاید .این فرم را بریلیوم 8 مینامند  . حدوده 10 به توان منفی16 ثانیه دوما میاورد . و دوباره متلالشی میشود و تبدیل به دو هسته هلیوم . 
عمر بریلیوم انقدر زود گذره که فرصت همجوشی مجدد ندارد /
اینگونه پس راه ساخت عناصر سنگین تر در کارخانه ستارگان بسته میشود ... اما صبر کنید در سال 1953 فرد هویل فهمید کربن نیز باید در ستارگان شکل بگیرد چون در هیچ جای دنیا جایی برای ساخت کربن نیست وی گفت از همجوشی بین بریلیوم 8 زودگذر و یک هسته هلیوم دیگر رخ میدهد البته چنین کربنی سنگین تر از کربن عادیست . 
زمانی که چنین کربن خاصی در دل ستارگان به وجود اید راهی برای تولید عناصر سنگین تر به وجود میاید در ان دوران چنین کربنی دیده نشده بود . اما این نظریه نیز برای هیچکدام از دانشمندان انگیزه ای نشد که برای یافت ان کربن زمان بگذارد چند وقت بعد پیش بینی هویل به درستی از با درامد . 
امروزه ما شواهد کاملتری از از تکامل ستارگان داریم . 
در هر بار تبدیل شدن پروتون به نوترون تحت فرایند گداخت ...نوترینوهایی نشات میگیرد این ها ذراتی شبح وار هستند که به ندرت با ذره ای برهمکنش دارند و از این رو اکثر انها پس از اینکه تولید شدند به سرعت بدون مانع یاز خورشید خارج میشوند . 
100 میلیارد نوترینو در هر ثانیه از هر سانتی متر مربع زمین عبور میکند حتی از بدن منو شما . بااین حال نوترینوها در اتفاقات نادری میتوانند شرکن کنند ما برای به دام انداختنشان متوسط به ازمایشگاه هایی خاص مثل سوپر کامیوکانده که در اعماق معدن مزومی نزدیک شهر هیدا در ژاپن شدیم  . 
اینجا یک استوانه عظیم به قطعر 40 متر و ارتفاع 40 منر است . 
50000 تن اب خالص دارد و حدود 10000 لوله تقویت کننده نور دارد  و میتواند ضعیف ترین نورهایی که از برخورد نوترینوها و الکترونهای درون اب به وجود میاید را تشخیص دهد . 
برگریدم به صحبتمان در مورد زندگی ستارگان ... وقتی ستاره ای نهایتا سوختش به پایان میرسد . دوباره شروع به سقوط در خود میکند . زمانی که دمای هسته ستاره بالای 500 میلیون درجه برسد امکان سوختن کربن نیز فراهم میشود . و گونه هایی از سایر عناصر سبکتر تا اهن نیز تولید میشود . خون شما سرخ است چون اهن دارد... اهن جایی است که به ان پایان گداخت هسته ای ستارگان گویند . 
برای هسته های سنگین تر از اهن دیگر انرژی وجود ندارد که در ترکیب با سایر هسته ها ازاد شود  به بیان دیگری اظافه شکردن پروتون و نوترون به هسته اهن صرفا ان را سنگین تر میکند ...عناصر سنگین تر از اهن تمایلشان بر این است که پروتون و نوترون ها را بیرون بریزند . 
ستاره ای که هسته ای اهنی دارد دیگر بازگشتی نخواهد داشت و گرانش فعالیت بی رحمش را ادامه میدهد . انقدر ستاره چگال میشود که الکترون هایی که زمانی از اتم هیدروژن بیرون امده بودند در حال پرسه زدن هستند در نتیجه طبق اصل طرد پائولی از فروپاشی بیشتر ستاره جلوگیری میشود ...این یکی از قوانین مهم نظریه کوانتوم بوده  و برای پایداری و ساختار اتم ها حیاتی است . 
به طور ساده این اصل طرد پائولی میگوید : نزدیک کردن الکترونها بهمدیگر حدی دارد ... در یک ستاره چگال الکترونها فشاری به بیرون وارد میکنند . که باعث افزایش شدت فروپاشی ستاره میشود. و این فشار بیشتر میگردد و در نهایت به قدری بزرگ میشود که جلوی هر فروپاشی گرانشی را میگیرد . 
زمانی که این اتفاق میافتد ستاره در وضعیتی ضعیف اما باعمر طولانی باقی میماند . 
دیگر سوختی برای تولید انرژی ندارد . و به خاطر فشار الکترونها دیگر نمیتواند فروبپاشد . 
چنین ستاره ای را کوتوله سفید گویند که بر اتفاق خورشید ما نیز همچین سرنوشتی خواهد داشت . 
به یاد جمله زیبا و عمیق جرج لماتر پدر نظریه بیگ بنگ میافتیم که میگفت : تکامل جهان را میتوان شبیه به انش بازی دانست که به تازگی تمام شده است ... مقداری کاغد و خاکستر و دود ... ما که بر روی زغال خنک شده ای ایستادیم (زمین ) محو شدن خورشید ها را میبینیم . و سعی میکنیم تا زیبایی منشا جهان ها (کرات دیگر ) را به خاطر اوریم .
همه ستاره گان محکوم به این نیستند که به کوتوله سفید تبدیل شووند بلکه اگر ستاره ای بیشتر از 1.4 برابر خورشید باشد اینگونه ستارگان انقدر موادشان را به بیرون میریزند تا به حد "چاندراسخار " برسند . دو سرنوشت دیگری نیز موجود است در هر دو حالت جرم اولیه بزرگ به این معنی است که الکترونها در طی فروپاشی با سرعتی نزدیک به نور حرکت کنند ..زمانی که چنین اتفاقی رخ دهد . جایی برای حرکت نخواهند داشت . 
مقاومت انها در برابر گرانش کافی نخواهد بود . برای چنین ستارگانی سنگین ایستگاه بعدی ستارگان نوترونی است . 
این گونه ستارگان گداخت هسته ای یکبار دیگر نیز اتفاق میافتد . پروتونها و الکترونها انقدر سریع حرکت خواهند کرد تا به حدی از انرژی برسند که بتوانند گداخت پروتون-الکترون را اغاز کنند  و تبدیل به نوترون شوند . 
این واکنش برعکس فرایند واپاشی بتا است که نوترون خود به خود یتبدیل به پروتون و الکترون میشود و در حین تبدیل از خود نورترینو ساطع میکند . 
در این حالت تمامی پروتونها  و الکترونها تبدیل به نوترون میشود و ستاره تبدیل به یک توپی از نوترون میگردد . 
چگالی یک ستاره نوترونی بسیار عظیم است . یک قاشق از ان جرمی بیش تر از یک کوه دارد . ستارگان نوترونی که بزرگتر از خورشید ما هستند نهایتا کمتر از یک شهر فشرده میشوند . ...
بسیاری از ستارگان نوترونی شناخته شده با سرعت حیرت اوری به دور خود میچرخند و اشعه هایی از خود به فضا میفرستتند که انها را شبیه فانوسهایی کیهانی مینامند . این ستاره گان را با نام پالسار (ستاره گان تپنده ) میشناسند . بعضی هایشان جرمی 2 برابر خورشید ما را دارا هستند اما تنها 20 کیلومتر قطر دارند . و در هر ثانیه بیش از 500 بار به دور خود میچرخند .
فراتر از ستارگان نوترونی سرنوشت دیگری در انتظار ستارگان عظیم هست همانطور که الکترونها در کوتوله های سفید پیشتر گفتیم نزدیک به سرعت نور میشوند  ...نوترونها نیز در یک ستاره نوترونی نهایتا مانعی به نام حد انیشتین تحمیل میگردد یعنی نمیتوانند از سرعت نور پارا فراتر بگذارند . 
وقتی این اتفاق میافتد هیچ نیرویی توانایی فروپاشی کامل ندارد و ستاره نهایتا به سیاه چاله تبدیل میگردد . 
دانش امروزما در مورد فیزیک فضا زمان در سیاه چاله ناقص است ...حضور جرمی به این مقدار فشرده و چکال باعث خمیدگی فضا زمان مینکوفسکی میشود . همانطور که انیشتین در نسبیت عام خود نیز اشاره کرد . 
پایان
آرش بوالحسنی – وبلاگ هوش فرازمینی


تاريخ : ۱۳٩٤/۸/٢٧ | ۱٠:٥٦ ‎ب.ظ | نویسنده : arash | نظرات ()
  • ویندوز سون | آنکولوژی