غول‌های آبی: پرجرم‌ترین ستارگان کهکشان‌ها

آسمان شب، مجموعه‌ای از ستارگان گوناگون را در خود جای داده است. برخی از این ستارگان، عمری طولانی دارند و به آرامی مراحل تکامل خود را طی می‌کنند، در حالی که برخی دیگر، زندگی پرشتابی را آغاز می‌کنند و در مدت‌زمان کوتاهی، با انفجاری مهیب به زندگی خود پایان می‌دهند. غول‌های آبی، از جمله ستارگان دسته‌ی دوم هستند. این ستارگان در پهنه‌ی آسمان پراکنده‌اند و نمونه‌های درخشانی مانند ستاره‌ی رِجِل (Rigel) در صورت فلکی شکارچی (Orion) را می‌توان در میان آن‌ها یافت. همچنین، خوشه‌های ستاره‌ای عظیمی مانند R136 در ابر ماژلانی بزرگ، مملو از این غول‌های آبی هستند.

غول‌های آبی، به دلیل جرم بسیار زیادشان، سوخت هسته‌ای خود را به سرعت مصرف می‌کنند و به همین دلیل، عمر کوتاهی دارند. درخشش خیره‌کننده‌ی آن‌ها، ناشی از همین مصرف سریع سوخت است. این ستارگان، پس از اتمام سوخت خود، به صورت ابرنواختر منفجر می‌شوند و عناصر سنگین‌تری را در فضا پراکنده می‌کنند.

چه چیزی یک ستاره را به یک غول آبی تبدیل می‌کند؟

غول‌های آبی از همان ابتدا با جرم بسیار زیادی متولد می‌شوند. آن‌ها را می‌توان گوریل‌های ۸۰۰ پوندی دنیای ستارگان دانست! بیشتر آن‌ها حداقل ده برابر جرم خورشید را دارند و بسیاری حتی عظیم‌تر هستند. بزرگ‌ترین غول‌های آبی می‌توانند جرمی معادل ۱۰۰ خورشید یا بیشتر داشته باشند!

یک ستاره با این جرم عظیم، به سوخت زیادی برای حفظ درخشش خود نیاز دارد. سوخت هسته‌ای اصلی برای همه ستارگان، هیدروژن است. هنگامی که هیدروژن تمام شود، آن‌ها شروع به استفاده از هلیوم در هسته خود می‌کنند، که باعث می‌شود ستاره داغ‌تر و درخشان‌تر بسوزد. گرمای و فشار حاصل در هسته باعث متورم شدن ستاره می‌شود. در این مرحله، ستاره به پایان عمر خود نزدیک می‌شود و به زودی (در مقیاس‌های زمانی کیهانی) یک ابرنواختر را تجربه خواهد کرد. این ابرنواختر، پایانی درخشان برای این غول‌های آبی است.

نگاهی عمیق‌تر به اخترفیزیک غول‌های آبی

آنچه تا کنون گفته شد، خلاصه‌ای از ویژگی‌های یک غول آبی بود. اما با کاوش بیشتر در علم این اجرام، جزئیات بسیار بیشتری آشکار می‌شود. برای درک آن‌ها، مهم است که فیزیک عملکرد ستارگان را بدانیم. این علم، اخترفیزیک نامیده می‌شود. اخترفیزیک نشان می‌دهد که ستارگان، بخش اعظم عمر خود را در دوره‌ای به سر می‌برند که "قرار داشتن در رشته اصلی" نامیده می‌شود. در این فاز، ستارگان از طریق فرایند همجوشی هسته‌ای موسوم به زنجیره پروتون-پروتون، هیدروژن را در هسته‌های خود به هلیوم تبدیل می‌کنند. ستارگان پرجرم نیز ممکن است از چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن (CNO) برای کمک به پیشبرد واکنش‌ها استفاده کنند.

با این حال، هنگامی که سوخت هیدروژن تمام شود، هسته ستاره به سرعت فرو می‌ریزد و گرم می‌شود. این امر باعث می‌شود لایه‌های بیرونی ستاره به دلیل افزایش گرمای تولید شده در هسته، به سمت بیرون منبسط شوند. برای ستارگان کم‌جرم و متوسط، این مرحله باعث می‌شود که آن‌ها به غول‌های سرخ تبدیل شوند، در حالی که ستارگان پرجرم به ابرغول‌های سرخ تبدیل می‌شوند.

در ستارگان پرجرم، هسته‌ها شروع به همجوشی هلیوم به کربن و اکسیژن با سرعت بالا می‌کنند. سطح ستاره قرمز است، که طبق قانون وین، نتیجه مستقیم دمای پایین سطح است. در حالی که هسته ستاره بسیار داغ است، انرژی در داخل ستاره و همچنین سطح بسیار بزرگ آن پخش می‌شود. در نتیجه، میانگین دمای سطح تنها ۳۵۰۰ تا ۴۵۰۰ کلوین است.

همانطور که ستاره عناصر سنگین‌تری را در هسته خود همجوشی می‌کند، سرعت همجوشی می‌تواند به شدت متفاوت باشد. در این مرحله، ستاره می‌تواند در دوره‌های همجوشی آهسته منقبض شود و سپس به یک غول آبی تبدیل شود. غیر معمول نیست که چنین ستارگانی قبل از رفتن به ابرنواختر، بین مراحل ابرغول سرخ و غول آبی نوسان کنند.

یک رویداد ابرنواختر نوع II می‌تواند در مرحله ابرغول سرخ تکامل رخ دهد، اما می‌تواند زمانی نیز اتفاق بیفتد که یک ستاره تکامل می‌یابد و به یک غول آبی تبدیل می‌شود. به عنوان مثال، ابرنواختر 1987a در ابر ماژلانی بزرگ، مرگ یک غول آبی بود.

ویژگی‌های غول‌های آبی

در حالی که ابرغول‌های سرخ بزرگ‌ترین ستارگان هستند و شعاعی بین ۲۰۰ تا ۸۰۰ برابر شعاع خورشید دارند، غول‌های آبی به طور قابل توجهی کوچک‌تر هستند. بیشتر آن‌ها کمتر از ۲۵ برابر شعاع خورشید هستند. با این حال، در بسیاری از موارد، مشخص شده است که برخی از پرجرم‌ترین اجرام در جهان هستند. (شایان ذکر است که جرم زیاد همیشه به معنای بزرگ بودن نیست. برخی از پرجرم‌ترین اجرام در جهان - سیاه‌چاله‌ها - بسیار بسیار کوچک هستند.) غول‌های آبی همچنین دارای بادهای ستاره‌ای بسیار سریع و رقیقی هستند که به فضا می‌وزند. این بادهای ستاره‌ای نقش مهمی در پراکنده کردن مواد ستاره‌ای در فضا ایفا می‌کنند.

مرگ غول‌های آبی

همانطور که پیش‌تر اشاره کردیم، ابرغول‌ها در نهایت به صورت ابرنواختر می‌میرند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، آخرین مرحله تکامل آن‌ها می‌تواند به صورت یک ستاره نوترونی (تپ‌اختر) یا سیاهچاله باشد. انفجارهای ابرنواختری همچنین ابرهای زیبای گاز و غبار را بر جای می‌گذارند که به آن‌ها بقایای ابرنواختری می‌گویند. شناخته‌شده‌ترین آن‌ها سحابی خرچنگ است، جایی که یک ستاره هزاران سال پیش منفجر شد. این رویداد در سال ۱۰۵۴ میلادی بر روی زمین قابل مشاهده شد و امروزه نیز می‌توان آن را از طریق تلسکوپ مشاهده کرد. اگرچه ستاره اولیه سحابی خرچنگ ممکن است یک غول آبی نبوده باشد، اما سرنوشتی را که در انتظار این ستارگان است، با نزدیک شدن به پایان عمرشان نشان می‌دهد.