پی‌آمد

پی‌آمدِ آنچه بر من می‌گذرد

پی‌آمد

پی‌آمدِ آنچه بر من می‌گذرد

طبقه بندی موضوعی
بایگانی

سرنوشت ستارگان

دوشنبه, ۱۸ اسفند ۱۳۹۹، ۰۹:۵۱ ب.ظ

امروز برای ضبط برنامه‌ای با تم نجومی-مذهبی که قرار است در ماه رمضان پخش شود رفته بودم، البته من فقط قسمت‌های نجومی‌اش را حرف زدم و توضیحات من تم مذهبی ندارد (خودم هم هنوز مردد هستم که ارتباط علم و دین چگونه باید باشد) ولی در حین توضیح تعادل ستارگان، شهودی از اتفاقات درون ستاره و سرنوشت آن به ذهنم رسید که بسیار برایم جذاب بود و قبلا نداشتم و پاسخ بسیاری از سوالاتم در مورد تحول ستاره ها را گرفتم.

یکی از اولین مفاهیمی که در اخترفیزیک به ملت یاد می‌دهند تعادل هیدرواستاتیک است. به این معنی که اگر ستاره در حال تعادل باشد (چیزی با زمان عوض نشود) آنگاه فشار لایه های پایین در اثر وزن لایه‌های بالاتر افزایش می‌یابد و هر چه در ستارگان به عمق برویم فشار باید افزایش پیدا کند، درست مثل وقتی که شما به عمق استخر می روید و در اثر وزن لایه های آب بالای سرتان، فشار زیادی را روی خود احساس می کنید. رابطه ریاضی این دو وضعیت هم یکی است. در واقع این فشار لایه های پایین‌تر است که وزن لایه‌های بالاتر را نگه می‌دارد و از انقباض گرانشی کامل ستاره جلوگیری می‌کند. بنا بر این در ستارگان بین نیروی گرانش از یک سو و فشار گاز داخل ستاره از سوی دیگر تعادلی ظریف برقرار است و اغراق نیست اگر بگوییم رقص زیبای بین گرانش و فشار است که تمام تاریخ تحولی ستاره را مشخص می کند. اگر به هر دلیلی فشار داخل ستاره افت کند گرانش ستاره را بیشتر منقبض می کند و اگر گرانش ضعیف شود، نیروی فشار ستاره را از هم بازتر می کند.

جنس این فشار ترمودینامیکی است و برای بیشتر لایه‌های ستاره می‌توان به راحتی معادله حالت گاز کامل را به طور موضعی به کار برد. این فشار ترمودینامیکی در اثر چگالی تعداد ذرات و دمای گاز به وجود می‌آید اما اگر ستاره مرتبا تابش کند دما از دست داده و فشارش افت کرده و منقبض می شود. اما این چیزی نیست که در ستاره ها می بینیم، آنها مدتهای طولانی پایدار هستند. در واقع کوره هسته‌ای درون ستارگان این گرما را به طور دائمی تامین می‌کند و باعث می شود دمای و در نتیجه فشار لایه های مختلف ستاره به مدت طولانی ثابت بماند و ستاره در تعادل هیدرو استاتیکی باقی بماند. برای توده‌های گازی که بسیار کم جرم باشند، مثل سیارات گازی، گرانش آنچنان قدرتمند نیست که کوره هسته‌ای مرکزی را روشن کند و توده گاز دائما سردتر و فشرده تر می شود تا جایی که تنها منبع فشار، فشار ملوکولی یا تبهگنی باشد و یک کره بزرگ گازی بسیار سرد باقی بماند. این اتفاقی است که برای مثال برای مشتری در حال رخ دادن است.

اما چه می شود اگر سوخت کوره‌ی هسته‌ای مرکز ستاره تمام شود؟ این بسیار بستگی به جرم ستاره دارد و جزئیات آن بسیار است اما مورد جالب اصلی انفجارهای ستاره ای یا ابر نوا اختر است. من همیشه تصور احمقانه‌ای از قصه فشار مرکزی داشتم (الان که فکر می کنم واقعا نمی فهمم چرا چنین تصور احمقانه ای داشتم!) تصورم از این کوره مرکزی مثل یک نیروی بود که دائم در حال فوت کردن است و وقتی این نیرو خاموش شود لایه های بالایی ستاره سقوط می کنند تا جایی که فشرده شدن بیشتر امکان پذیر نباشد و موج مکانیکی ایجاد شده در اثر این سقوط تمام لایه های بالای سر ستاره را به بیرون پرتاب می کند. اما حقیقت جز این است! در واقع وقتی کوره مرکزی به هر دلیلی خاموش شود، اگر اتفاق عجیب دیگری رخ ندهد فرایند بعدی این خواهد بود که دیگر چیزی گرمای تابش شده از سطح ستاره را جایگزین نمی کند، آنچه در هسته ستاره وزن لایه های بالایی را تحمل می‌کند فشار فوق العاده زیاد مرکز است که هم از چگالی تعداد بالا و هم از دمای بسیار زیاد مرکز ناشی می شود و اگر کوره مرکزی ستاره خاموش شود این دما به آرامی در اثر تابش کاهش پیدا کرده و ستاره ظرف مدت کوتاهی (در مقیاس های اخترفیزیکی) خنک و سرد می شود. پس این انفجارهای ابر نو اختری چه هستند؟ واقعیت این است که اتفاقات عجیب دیگری هم رخ می دهد! بسته به جرم و فلزیت ستاره، فرایند های متفاوتی در هسته بعد از خاموش شدن کوره مرکزی رخ می دهند، در بعضی موارد ناپایداری زوج رخ میدهد: به خاطر تولید زوج الکترون و پوزیترون (به خاطر دمای بسیار بالای هسته) فشار هسته به مقدار کمی ناگهان کاهش میابد (نمی دانم چرا، احتمالا به این دلیل که فشار الکترونهای تازه شکل گرفته کمتر از فشار تابشی است) و این باعث سقوط جزئی لایه های بالایی به مرکز ستاره می شود، این سقوط فشار و دمای مرکز را چنان بالا می برد که یک انفجار هسته‌ای شدید رخ می‌دهد که آنچنان  قدرتمند است که تمام لایه های بالایی ستاره را به بیرون پرتاب می کند و هیچ باقی مانده‌ای مثل ستاره نوترونی باقی نمی ماند. این اتفاقی است که برای ستارگان بسیار پرجرم رخ می دهد. در برخی موارد دیگر (در واقع در اغلب موارد) گیراندازی الکترون رخ می دهد، به این معنی که الکترون های آزاد موجود در مرکز ستاره همگی با پروتون های درون هسته اتمها ترکیب شده و نوترون ایجاد می‌کنند، حذف الکترون ها تقریبا فشار درون هسته را نصف می کند و این افت ناگهانی فشار باعث می شود که لایه‌های بالایی روی هسته سرد شده سقوط کنند. بسته به این که جرم و فلزیت ستاره ها چه قدر باشد طیفی از اتفاقات (سیاه چاله بدون انفجار بزرگ، ستاره نوترونی با یک انفجار یا یک ستاره نوتورونی و انفجار که ستاره نوتورونی از ریختن دوباره ماده ستاره روی آن به سیاه چاله تبدیل می شود) رخ می دهد. در فرایند دیگر فوتون های درون هسته چنان پر انرژی می شوند که هسته های اتم ها را تجزیه می کنند و و حذف این فوتون های پر انرژی باعث سرد شدن سریع هسته و سقوط آزاد لایه های بالایی روی هسته سرد ستاره می شود، با توجه به این که این فرایند تنها در ستارگان بسیار بسیار پرجرم رخ می دهد (بالای 250 جرم خورشید) نتیجه آن یک سیاه چاله پرجرم است که کل ستاره را می بلعد و مرگی خاموش و خوفناک را رقم می‌زند. نقطه اشتراک تمام این اتفاقات سرد شدن ناگهانی هسته است که نه در اثر از دست رفتن تدریجی گرما به خاطر توقف منبع انرژی بلکه در اثر فرایند های متعدد و ناگهانی است. ناگفته نماند که آخرین باری که تحقیق می کردم هنوز پرسشهای باز بسیاری در مورد ابرنواخترها و نحوه ایجاد امواج مکانیکی وجود دارد.

 

 

پ.ن: فکر کنم مفیدترین قسمت توضیح علم برای آدمها همین شهودی است که خود آدم در تلاش برای ساده تر توضیح دادن کسب می کند.

موافقین ۴ مخالفین ۰ ۹۹/۱۲/۱۸
احسان ابراهیمیان

نظرات  (۵)

سلام، می‌شه یه کم درباره «نجومی-مذهبی» توضیح بدی؟

پاسخ:
سلام، راستش خودمم درست نمی دونم، احتمالا چیزی شبیه نگاه مذهبی به موضوعات نجومی ( از این منظر که این‌ها همه خلقت خداست). حالا احتمالا برنامه پخش بشه بهتر معلوم میشه.

خوب منم درباره همون نگاه مذهبی به نجوم پرسیدم. برام جالبه که چی می‌تونه باشه. درباره اون خلقت خدا بودن هم برام جالبه که چه تاثیری می‌خواد تو نجوم بذاره این فرض، در نگاه اول حس نمی‌کنم نتیجه خاصی بشه ازش گرفت.

 

من متاسفانه ایران نیستم که از تلوزیون ببینم. آیا جایی می‌شناسی که توش آپلود بشه، مثل تلگرام یا یوتیوب که از اون جا ببینم؟ (با IP خارج بشه دید). پیشاپیش ممنون.

پاسخ:
برای منم جالبه، تلوبیون رو نمیشه آی پی خارج وصل شد؟ فکر کنم اونجا حتی به عنوان آرشیو ساعتی ذخیره میشه برای یه مدتی.

من یه چیزی رو متوجه نشدم. مگه دما پایین نمیومد؟ پس چرا گفتید بخاطر دمای بالای هسته زوج الکترون و پوزیترون تولید میشه؟ 

پاسخ:
نه اول زوج الکترون پوزیترون به خاطر دمای بالا تولید میشه بعد در اثر تولید این زوج دما پایین میاد. تولید اینا باعث پایین اومدن دما هستش در واقع.

خب دمای بالا که قبل از تموم شدن انرژی هم برقرار بوده 🤔 یعنی چرا تو این لحظه؟ دمای ستاره قبلش بالا نبوده به حد لازم؟ 

پاسخ:
راستش این موضوع تخصص من نیست ولی تا جایی که می دونم در اواخر عمر ستاره، دمای هسته مرتبا در حال افزایشه (در واقع وقتی سوخت ستاره رو به پایانه، به خاطر عدم تامین انرژی، مرکز ستاره آرام آرام منقبض میشه و دماش به خاطر انقباض میره بالا، این دمای بالا ستاره رو به آستانه ای میرسونه که می تونه از منابع جدید انرژی مثل گداخت اکسیژن انرژی تامین کنه، اما این منابع جدید هم توی دماهای بالاتر شروع می شن و خودشون دمای هسته رو بالاتر هم می برن و دمای هسته ستاره در کل مرتبا در حال افزایشه) وقتی دما به آستانه ای رسید که انرژی فوتون ها به اندازه جرم سکون الکترون بشه تولید زوج شروع میشه و این تولید زوج هسته رو خنک می کنه و فشار فوتونها رو حذف می کنه و این باعث سقوط لایه های بالایی میشه، با توجه به این که هنوز سوخت از انواع دیگه در هسته وجود داره به خاطر این انقباض ناگهانی، دما هم به طور ناگهانی بالا میره و یک گریز هسته ای (افزایش شدید نرخ واکنش هسته ای) توی مرکز ستاره رخ میده که به قدری شدیده که تمام ستاره رو توی فضا پخش میکنه و هیچ چیزی باقی نمی ذاره.

نکته‌ش اینجاست بعد از اینکه چرخه‌ تا آهن پیش میره و متوقف می‌شه، فرایند برعکش برای تولید نوترون خیلی سریع اتفاق می‌افته. مثلا سوخت کربن ۳۰۰ سال فقط گرما تولید میکنه، اکسیژن ۲۰۰ روز و سیلیکون ۱ روز!

پاسخ:
واقعا این مقیاس زمانی ها عجیبه تو اخترفیزیک

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی