غول سرخ: راز و رمز پیدایش این ابرستاره چیست؟
آیا می‌دانستید که برخی از بزرگ‌ترین ستارگان در آسمان، غول‌های سرخ هستند؟ اما این ستارگان از ابتدا به این شکل نبوده‌اند. در واقع، آن‌ها با گذشت زمان و پیر شدن، تغییراتی را تجربه می‌کنند که باعث می‌شود اندازه آن‌ها بزرگ‌تر شده و رنگشان به سرخی بگراید. این فرآیند شگفت‌انگیز، بخشی از چرخه زندگی ستارگان و در نهایت، مرگ ستارگان است. در این سفر علمی، با این پدیده‌ی جذاب کیهانی بیشتر آشنا خواهیم شد و خواهیم دید که چگونه ستارگان غول سرخ، یکی از تماشایی‌ترین مراحل تکامل ستارگان را به نمایش می‌گذارند.
غول سرخ: تعریفی از یک ابرستاره
وقتی اخترشناسان به بزرگ‌ترین ستارگان جهان از نظر حجم نگاه می‌کنند، تعداد زیادی غول سرخ را مشاهده می‌کنند. با این حال، این غول‌های آسمانی لزوماً - و تقریباً هرگز - بزرگ‌ترین ستارگان از نظر جرم نیستند. در واقع، غول‌های سرخ یک مرحله‌ی پایانی در زندگی یک ستاره هستند و لزوماً همیشه به آرامی محو نمی‌شوند. آن‌ها اغلب پایان باشکوهی دارند.
چگونه یک غول سرخ متولد می‌شود؟
غول‌های سرخ چگونه شکل می‌گیرند؟ برای درک این پدیده، باید بدانیم که ستارگان در طول زمان چگونه تغییر می‌کنند. ستارگان در طول عمر خود مراحل خاصی را طی می‌کنند. این تغییرات، تحت عنوان "تکامل ستارگان" شناخته می‌شوند. همه‌چیز با شکل‌گیری ستاره و دوران جوانی آن آغاز می‌شود. ستارگان پس از تولد در یک ابر گازی و غباری و شروع همجوشی هیدروژن در هسته‌شان، معمولاً در مرحله‌ای به نام "رشته اصلی" قرار می‌گیرند. در این دوره، آن‌ها در تعادل هیدرواستاتیک هستند. این بدان معناست که همجوشی هسته‌ای در هسته (جایی که هیدروژن را برای تولید هلیوم ترکیب می‌کنند) انرژی و فشار کافی برای جلوگیری از فروپاشی لایه‌های بیرونی به داخل را فراهم می‌کند.
وقتی ستارگان پرجرم به غول سرخ تبدیل می‌شوند
یک ستاره پرجرم (که چندین برابر جرم خورشید است) فرآیندی مشابه، اما کمی متفاوت را طی می‌کند. این ستاره نسبت به همتایان خورشید مانند خود، تغییرات چشمگیرتری را تجربه می‌کند و به یک غول سرخ تبدیل می‌شود. به دلیل جرم بالاتر، هنگامی که هسته پس از مرحله سوزاندن هیدروژن فرو می‌پاشد، افزایش سریع دما منجر به همجوشی هلیوم با سرعت بسیار بالا می‌شود. سرعت همجوشی هلیوم به شدت افزایش می‌یابد و این امر ستاره را ناپایدار می‌کند.
مقدار زیادی انرژی، لایه‌های بیرونی ستاره را به سمت بیرون هل می‌دهد و آن را به یک غول سرخ تبدیل می‌کند. در این مرحله، نیروی گرانش ستاره بار دیگر با فشار عظیم تابشی ناشی از همجوشی شدید هلیوم در هسته، متعادل می‌شود.
تبدیل یک ستاره به غول سرخ، هزینه‌ای نیز دارد. این ستاره بخش زیادی از جرم خود را به فضا از دست می‌دهد. در نتیجه، در حالی که غول‌های سرخ به عنوان بزرگ‌ترین ستارگان جهان شناخته می‌شوند، اما به دلیل از دست دادن جرم با افزایش سن و انبساط به سمت بیرون، پرجرم‌ترین نیستند.
ویژگی‌های غول‌های سرخ
غول‌های سرخ به دلیل دمای پایین سطح خود، قرمز به نظر می‌رسند. دمای سطح آن‌ها معمولاً بین 3500 تا 4500 کلوین است. طبق قانون وین، رنگی که یک ستاره در آن بیشترین تابش را دارد، مستقیماً با دمای سطح آن مرتبط است. بنابراین، در حالی که هسته آن‌ها بسیار داغ است، انرژی در سراسر داخل و سطح ستاره پخش می‌شود و هرچه سطح بیشتری وجود داشته باشد، سرعت خنک شدن آن بیشتر است. یک نمونه خوب از یک غول سرخ، ستاره ابط الجوزا در صورت فلکی شکارچی (Orion) است.
بیشتر ستارگان از این نوع، بین 200 تا 800 برابر شعاع خورشید ما هستند. بزرگ‌ترین ستارگان کهکشان ما، که همگی غول‌های سرخ هستند، حدود 1500 برابر اندازه ستاره مادر ما هستند. به دلیل اندازه و جرم بسیار زیاد، این ستارگان به مقدار باورنکردنی انرژی برای حفظ خود و جلوگیری از فروپاشی گرانشی نیاز دارند. در نتیجه، سوخت هسته‌ای خود را بسیار سریع می‌سوزانند و بیشتر آن‌ها فقط چند ده میلیون سال عمر می‌کنند (عمر آن‌ها به جرم واقعی آن‌ها بستگی دارد).
انواع دیگر ابرغول‌ها
در حالی که غول‌های سرخ بزرگ‌ترین نوع ستارگان هستند، انواع دیگری از ستارگان ابرغول نیز وجود دارند. در واقع، برای ستارگان پرجرم معمول است که پس از عبور فرآیند همجوشی آن‌ها از هیدروژن، بین اشکال مختلف ابرغول‌ها در نوسان باشند. به طور خاص، آن‌ها در مسیر تبدیل شدن به ابرغول‌های آبی، به ابرغول‌های زرد تبدیل می‌شوند و دوباره به حالت اولیه بازمی‌گردند.
اَبَرغول‌ها
پرجرم‌ترین ستارگان ابرغول به عنوان اَبَرغول شناخته می‌شوند. با این حال، این ستارگان تعریف بسیار دقیقی ندارند و معمولاً فقط ستارگان ابرغول سرخ (یا گاهی اوقات آبی) هستند که در بالاترین رده قرار دارند: پرجرم‌ترین و بزرگ‌ترین.
مرگ یک ستاره غول سرخ
یک ستاره بسیار پرجرم با همجوشی عناصر سنگین‌تر و سنگین‌تر در هسته خود، بین مراحل مختلف ابرغول نوسان می‌کند. در نهایت، تمام سوخت هسته‌ای خود را که ستاره را به حرکت درمی‌آورد، مصرف می‌کند. وقتی این اتفاق می‌افتد، گرانش پیروز می‌شود. در آن نقطه، هسته عمدتاً از آهن تشکیل شده است (که برای همجوشی انرژی بیشتری نسبت به آنچه ستاره دارد، نیاز دارد) و هسته دیگر نمی‌تواند فشار تابشی به سمت بیرون را حفظ کند و شروع به فروپاشی می‌کند.
سلسله رویدادهای متعاقب، در نهایت منجر به یک رویداد ابرنواختر نوع II می‌شود. هسته ستاره که به دلیل فشار گرانشی عظیم به یک ستاره نوترونی تبدیل شده است، به جا خواهد ماند. یا در مورد پرجرم‌ترین ستارگان، یک سیاهچاله ایجاد می‌شود.
چگونگی تکامل ستارگان خورشید مانند
همیشه این سوال برای مردم مطرح است که آیا خورشید به یک غول سرخ تبدیل خواهد شد یا خیر. برای ستارگانی که تقریباً به اندازه خورشید (یا کوچکتر) هستند، پاسخ منفی است. با این حال، آن‌ها از مرحله غول سرخ عبور می‌کنند، و این فرآیند نسبتاً آشنا به نظر می‌رسد. هنگامی که سوخت هیدروژن آن‌ها تمام می‌شود، هسته‌هایشان شروع به فروپاشی می‌کنند. این امر دمای هسته را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد، که به این معنی است که انرژی بیشتری برای فرار از هسته تولید می‌شود. این فرآیند، قسمت بیرونی ستاره را به سمت بیرون هل می‌دهد و یک غول سرخ را تشکیل می‌دهد. در این مرحله، گفته می‌شود که یک ستاره از رشته اصلی خارج شده است.
ستاره با هسته‌ای که داغ‌تر و داغ‌تر می‌شود به مسیر خود ادامه می‌دهد و در نهایت، شروع به ترکیب هلیوم به کربن و اکسیژن می‌کند. در طول این مدت، ستاره جرم خود را از دست می‌دهد. لایه‌های بیرونی جو خود را به صورت ابرهایی به بیرون می‌فرستد که ستاره را احاطه می‌کنند. در نهایت، آنچه از ستاره باقی می‌ماند کوچک می‌شود و به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود که به آرامی در حال خنک شدن است. ابر مواد اطراف آن "سحابی سیاره‌ای" نامیده می‌شود و به تدریج از بین می‌رود. این "مرگ" بسیار ملایم‌تری نسبت به مرگ ستارگان پرجرم است که در بالا مورد بحث قرار گرفت، زمانی که به عنوان ابرنواختر منفجر می‌شوند.
- نجوم
- علم
