ستاره ها از چه موادی تشکیل می شوند؟

اگر از بسیاری از افراد بپرسید که کدام بخش شبانه روز را دوست دارند، معمولا شب را انتخاب می کنند. نگاه کردن به آسمان تیره با درخشش نقاط روشن و درخشانی که زیبایی وصف ناپذیری را ایجاد کند. زیبایی که بسیاری از عکاسان مجبور به عکس برداری از آسمان در شب می کند. در آسمان شب، ما بعضی از ستارگان را می بینیم. از طرفی بعضی دیگر از ستارگان از دید ما پنهان هستند یا با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیستند. به نظر شما ستاره ها چگونه تشکیل می شوند؟

دلیل این موضوع می تواند مواردی از قبیل دوری ستاره از ما، قدرت نوری ضعیف ستاره و اتفاقاتی که در جو زمین، بعد از ورود نور ستاره به آن اتفاق می افتد، باشد. اما یکی از سوالات اصلی که بعد از دیدن این زیبایی ها به ذهن ما می رسد، این است که ستارگان چگونه و از چه موادی تشکیل شده اند؟ در ادامه این مقاله همراه ما باشید تا به موضوع مواد تشکیل دهنده ستارگان بپردازیم و به سوالات پیرامون این موضوع پاسخ دهیم.

یک ستاره چگونه متولد می شود؟

بی شک اصلی ترین سوالی که بعد از دیدن یک شی به ذهن ما میرسد، نحوه ساخت آن است. چون از ابتدای بشریت، اجرام آسمانی نظیر خورشید و ستاره وجود داشتند و همیشه نظر بشر را جلب می کردند. این سوال که این اجرام چگونه بوجود آمده اند ذهن بشر را درگیر کرده است. بحث تولد ستارگان و مواد تشکیل دهنده آن زمانی بیشتر موردتوجه قرار می گرفت که تا سال ها وسیله دقیقی برای بررسی این موارد وجود نداشت. درواقع افراد به کمک نظریه هایی که بیان می کردند در طول سالیانه دراز توانستند ماهیت ستارگان و نحوه تولد و مردن آن ها را متوجه شوند. حال می خواهیم بطور تخصصی به سری اتفاقاتی که باعث تولد ستارگان می شود بپردازیم.

تولد و تشکیل یک ستاره

در فضا قسمت های ابرگونه ای که پر از گرد و غبار هستند، وجود دارد. این قسمت ها که با نام سحابی شناخته می شوند، بخش اصلی در تشکیل ستاره ها هستند. سحابی ها از گازهایی تشکیل شده اند که در تولید ستاره مهم ترین نقش را دارند. البته برای اینکه فرایند تولید ستاره در سحابی آغاز شود، نیازمند اختلال گرانشی است. اختلال گرانشی که ممکن است از اتفاقاتی نظیر انفجار ابرنواخترها بوجود آید. این اختلالات گرانشی باعث برهم خوردن و فروپاشی این توده های ابری می شود. با اینکار ابر اولیه که قادر به تولید هزاران ستاره با قدرت خورشید بود، تبدیل به قطعات زیادتری از ابرهای کوچک تر می شود.

در این حالت ممکن است ابرها به دو قطعه، سه قطعه یا بیشتر تبدیل شود. همین مورد باعث می شود تا سیستم هایی با چند ستاره ایجاد شود. پس از این اتفاق، هرکدام از این ابرها در مرکز خود جمع می شوند. این جمع شدن باعث می شود تا ابر در مرکز خود متراکم تر، چگال تر و گرمتر شود. در همین حال ابرها در آن ناحیه شروع به چرخش می کنند. بعد از گذشت میلیون ها سال و ادامه ی این فرایندها، گویی به جنس گاز و درخشان و فشرده تولید می شود. افزایش فشار و دما در مرکز سحابی آنچنان ادامه پیدا می کند که در نهایت همجوشی هسته ای رخ می دهد. بعد از همجوشی هسته ای، ستاره متولد می شود.

قبل از اینکه همجوشی اتفاق بیفتد، ستاره ها در مداری با پوشش کدر و مات قرار داشتند. گرم تر شدن و افزایش دما تا میلیاردها درجه سلسیوس باعث تکامل ذره ذره ستاره ها می شود، تا همجوشی هسته ای رخ دهد و ستارگان شروع به نور افشانی کنند.

همجوشی برای همه ستارگان در حال تکامل اتفاق می افتد؟

مهم ترین نکته ای که در تکامل ستارگان نقش دارد، جرم آن هاست. بسیاری از ما فکر می کردیم که ستاره ای مانند خورشید، از نظر جرم خیلی سنگین است. اما جالب است که بدانید ستارگان بسیار زیادی در منظومه شمسی وجود دارند که ده ها برابر خورشید حجم و اندازه دارند. معمولا اگر ستارگانی زیر 0.1 برابر خورشید، جرم داشته باشند همجوشی هسته ای برای آن ها اتفاق نمی افتد. درواقع این ستاره به آن میزان داغ نمی شود که فرایند همجوشی هسته ای در آن اتفاق بیفتد.

اما اگر جرم ستارگان بین 0.1 تا 8 برابر خورشید باشد، به خوبی تکامل پیدا می کنند. همچنین این ستارگان پایداری مناسبی نیز پیدا می کنند و می توانند چندین میلیون سال به همین شکل باقی بمانند. ممکن است ستاره ای جرم بالای 8 برابر خورشید داشته باشد. این میزان از جرم باعث می شود که ستاره ها زودتر داغ شوند و وارد فرایند همجوشی هسته ای شوند. از طرفی، مرگ این ستارگان نسبت به دسته قبلی سریع تر اتفاق می افتد.

بطور کلی همجوشی هسته ای یعنی فرایند ترکیب دو اتم سبک تر (مثلا هیدروژن در ستارگان) و تبدیل آن به اتم سنگین تر (مثلا هلیم در ستارگان). البته بطور عادی همجوشی به دلیل وجود نیروهای قوی الکترواستاتیکی بین اتم های مشابه (مانند هیدروژن ها در هسته ستارگان) اتفاق نمی افتد. بنابراین برای همجوشی هسته ای، به فشار و دمای نسبتا زیادی نیاز است. در ستارگان نیز با برخورد هیدروژن ها به یکدیگر همجوشی اتفاق می افتد. از طرفی مقداری از این انرژی که از برخورد هیدروژن ها ایجاد می شود، در فضای هسته ستاره باعث ادامه فرایند همجوشی می شود.

مواد تشکیل دهنده ستاره

همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، ستاره ها از سحابی ها نشات می گیرند. در واقع هرچه که سحابی ها در ساختار خود داشته باشد، تا حد زیادی به ستاره ها منتقل می شود. قسمت اعظم سحابی ها شامل هیدروژن، هلیم و حباب کیهانی هستند. زمانی که فرایند تشکیل ستاره ها در مرکز سحابی ها آغاز می شود، هیدروژن و هلیم مهم ترین مواردی هستند که در آنجا متمرکز می شوند. همین مورد باعث شده تا بیشترین میزان ستارگان پایدار را هیدروژن و هلیم تشکیل دهد. مثلا داخل خورشید در هر ثانیه حدود 620 میلیون تن هیدروژن در طی فرایند همجوشی مصرف می شود.

زمانی که ستارگان به پایان عمر خود نزدیک می شوند، تغییراتی در عناصر ساختارشان ایجاد می شود. درواقع مقدار هیدروژن ها کاهش و از طرفی مقدار هلیم ها افزایش می یابد. همچنین در ادامه این فرایند عناصری نظیر کربن و اکسیژن و حتی در مواردی آهن نیز در ساختار ستارگان یافت می شود.

مرگ ستارگان

همانطور که گفتیم همجوشی هسته ای فرایندی است که ستاره ها را تولید و زنده نگه می دارد، اگر سوخت این فرایند در ستارگان تمام شود، فرایند مرگ ستارگان آغاز می شود. فشار همجوشی که در ستارگان رخ می دهد، نیرویی رو به بیرون هسته ایجاد می کند. با این شرایط چرا هسته های سلول از هم جدا نمی شوند؟ همانطور که نیروی حاصل از همجوشی در هسته ستارگان رو به بیرون است، نیروی گرانش نیز رو به داخل هسته بوده است. این برابری نیرو باعث می شود تا اجزای هسته ستارگان در تعادل باشند. زمانی که میزان هیدروژن موجود در هسته کاهش پیدا می کند، نیروی حاصل از گرانش افزایش می یابد.

بدین ترتیب هسته سلول ها داغ و فشرده تر می شوند. در این حالت هلیم و عناصر سنگین تر وارد فرایند همجوشی می شوند و هلیم به سوخت غالب هسته ستاره ها تبدیل می شود. بعد از ترکیب هلیم و عناصر دیگر با هم، کربن و اکسیژن تولید می شود. در این حالت فشار حاصل از این فرایندهای همجوشی باعث ایجاد نیرویی مضاعف می شود و ستاره را منبسط می کند. در این شرایط ممکن است ستاره چندین برابر اندازه قبلی خودش بشود. البته با توجه به پارامتر جرم ستاره، ممکن است اتفاقات متفاوت تری برای آن بیفتد.

مثلا در بعضی از ستارگان که جرم بسیار زیادی دارند، آهن در طی فرایندهای همجوشی تولید می شود. در این ستارگان بعد از اتمام سوخت، انفجار رخ می دهد و ابرنواختر ایجاد می شود. باقی مانده این ستارگان نیز ممکن است به ستاره های نوترونی یا سیاه چاله تبدیل شوند.