هر آنچه باید درباره ابرنوستاره ها بدانید

 

ابرنوستاره کپلر - منبع بریتانیکا

گاهی اوقات طبیعت انفجارهای خیره‌کننده‌ای به نمایش می‌گذارد، ما نیرومندترین این انفجارها را یک ابرنوستاره (supernova) می‌نامیم.

این نام توسط دو ستاره شناس، والتر باده و فریتز زوئیکی در 1933 ابداع شد تا توصیفی برای باقیمانده ستاره‌های نوترونی باشد. پیش از آن ستاره شناسان اجرام کهنه منفجر شونده در فضا را نوا (nova) می نامیدند که نام لاتینی برای "نو" بود.  اما وقتی ستاره شناسان انفجارهایی به مراتب نیرومندتر یافتند از عنوان ابرنوستاره استفاده کردند.

غولهایی که بیدار می شوند

دو رده اصلی انفجار ابرنوستاره ای با سازوکارهای کاملا متفاوت وجود دارند. اولین رده به نام "نوع 2" یا "هسته رمبنده" نامگذاری شده است و زمانی اتفاق می افتد که ستارگانی غول آسا به انتهای چرخه عمر خود می رسند.

هر ستاره منفرد در گیتی، عناصری را در هسته خود همجوشی می کند. این امر در مورد ستارگان کوچک که به زحمت یک دهم اندازه خورشید ما هستند تا غولهایی با جرم 100 برابر خورشید صدق می کند. تمامی ستاره ها بیشتر عمر خود را به همجوشی هیدروژن و تبدیل آن به هلیوم سپری می کنند.

هیدروژن فراوانترین عصر در کائنات است و همجوشی اتمهای هیدروژن و تبدیل آن به هلیوم بیشترین میزان انرژی در بین واکنشهای هسته ای را ایجاد می کند. اتمهای هلیوم ایجاد شده جرمی کمتر از اتمهای هیدروژن اولیه دارند و این تفاوت همان میزان جرم ناپدید شده است که تماما به انرژی تبدیل می شود. طبق قانون معروف E=mc² اینشتاین با تبدیل یک گرم ماده به انرژی، 90 هزار میلیارد ژول انرژی آزاد می شود که معادل انرژی حاصل از انفجار همزمان 21000 تن ماده منفجره تی ان تی است!

ستارگانی که جرم آنها کسری از جرم خورشید است، ذخیره هیدروژن خود را بسیار آهسته مصرف می کنند زیرا دما و فشار در مرکز آنها به علت کشش گرانشی کم، پایین است. این ستارگان می توانند تریلیونها سال عمر کنند. لیکن ستارگانی مانند خورشید ما حدود 10 میلیارد سال دوام می آورند و پس از ان به انتهای چرخه عمر خود رسیده و به غول قرمز تبدیل می شوند. اما بزرگترین ستار ها به واسطه جرم و کشش گرانشی عظیمی که هسته آنها را تا فشارهای غیرقابل باور در هم می فشرد، تنها در عرض چند میلیون سال ذخیره هیدروژن هسته خود را به انتها می رسانند.

زمانی که یک ستاره عظیم هیدروژن خود را تمام می کند، شروع به همجوشی هلیوم می کند. و پس از آن هلیوم را به کربن و اکسیژن تبذیل خواهد کرد. پس از آن نیز سیلیکون و منیزیوم تولید کرده و در نهایت هسته متراکمی از نیکل و آهن خواهد داشت. اینجا است که وقایع بعدی از کنترل خارج می شوند.

پایانی فاجعه بار

یک ستاره غول آسا درست پیش از لحظه مرگ خود یک موجود متورم و نامتناسب است. معمولا بیرونی ترین لایه های اتمسفر آن بطور کامل از ستاره جدا شده اند. رون ستاره مانند یک پیاز لایه لایه آشوبناک است که هسته ای آهنی داشته و لایه هایی سبک و سبکتر آن را احاطه می کنند.

با مسن تر شدن ستاره، عناصر سنگین و سنگین تری در هسته آن همجوشی حاصل می کنند و انرژی حاصل از همجوشی کمتر و کنتر می شود. لیکن ستاره تحت جرم عظیم خود متراکم تر می شود و سرعت همجوشی مرتبا افزایش می یابد. یک ستاره غول آسا میلیونها سال را صرف تبدیل هیدروژن به هلیوم م یکند و کمتر از یک میلیون سال نیز هلیوم را همجوشی می کند. تنها برای 1000 سال می تواند کربن را همجوشی کند. تولید آهن در هسته آن آخرین مرحله پیش از تبدیل شدن به یک ابرنوستاره است و تنها 15 دقیقه به طول می انجامد. تمام ستاره های غول آسا از هشت تا 200 برابر جرم خورشید، همین فرایند را طی می کنند.

مشکل آهن این است که همجوشی آن به عناصر سنگین تر هیچ انرژی اضافی تولید نمی کند. در عوض، این فرایند جاذب انرژی است زیرا اتمهای سنگین تر از آهن به سفتی به هم نمی چسبند. ستاره زیر کشش گرانشی عظیم خود به درون فرو می ریزد اما انرژی از همجوشی تولید نمی شود تا انبساط حرارتی با این فروریزش به درون مقابله کند. رمبش ستاره فقط ادامه می یابد.

تمام جرم ستاره روی هسته آن فرو می افتد و الکترونها چنان به درون هسته رانده می شوند که در اثر برخورد با پروتونها به نوترون تبدل می شوند. هسته ستاره به یک توپ بزرگ نوترونی مبدل می شود.

کره عظیم نوترونی از طریق فرایند کوانتومی غریبی به نام فشار تبهگن، قادر است بطور موقت در برابر فروریزش بیشتر مواد پیرامونی ستاره مقاومت کند. اساس نوترونها بدون فشاری بسیار عظیم دیگر متراکم تر نمی شوند. بنابراین ماده پیرامونی هسته نوترونی به این کره متراکم از نوترون برخورد کرده و به عقب می جهد که آغاز انفجار ابرنوستاره ای است.

در کمتر از یک ثانیه تمامی ستاره لایه های پیرامون هسته را با سرعت نور به بیرون پرتاب می کند. تشعشع پرتابی همراه انفجار میزان غیرقابل باوری انرژی آزاد می کند. برای درک مقیاس آن کافی است یادآور شویم که ستاره ابط الجوزا در فاصله 650 سال نوری از ما زمانی در یک میلیون سال بعد به ابرنوستاره تبدیل خواهد شد. در آن زمان، آنقدر روشن خواهد شد که در روز دیده شده و نور آن از ماه کامل بیشتر شود. درخشندگی آن به حدی خواهد بود که در شب سایه ای بر ماه می اندازد.

 

صورت فلکی اوریون که در استوای آسمان واقع شده و در سراسر دنیا قابل مشاهده است. ستاره قرمز درخشان در سمت چپ مرکز تصویر، ابط الجورا است.

جای خوشوقتی است که نزدیک چنین ستاره ای نیستیم. تشعشع حاصل از انفجار ابرنوستاره می تواند هر شیئی در فاصله 100 سال نوری از آن را پودر کند.

دوقلوهای شرور

نوع دیگر ابرنوستاره به نام نوع 1a به همان اندازه نابودگر است. این نوع ناشی از ستارگان منفرد در انتظار مرگ نیستند بلکه از یک زوج دوقلوی ستاره ای با جرم متفاوت حاصل می شوند، زوجی که به دور یک گرانیگاه مشترک می گردند.

بواسطه جرم متفاوت خود این زوج دوتایی عمر متفاوتی دارند و ستاره بزرگتر زودتر می میرد. اگر این ستاره جرمی در حدود خورشید داشته باشد، به یک کوتوله سفید تبدیل می شود که هسته چگالی از کربن و اکسیژنی است که همجوشی نیافته است.

ستاره دوقلوی این کوتوله سفید بالاخره به پایان عمر خود رسیده و به یک غول قرمز مبدل می شود. در این نقطه بخشی از اتمسفر آن در اثر کشش گرانشی، به روی دوقلوی کوتوله سفید چگال تر خود سقوط می کند.

 

تصویرگری هنرمند از تشکیل ابرنوستاره نوع Type1a

تحت شرایطی معین این سقوط ماده پیرامونی ستاره به همراه کوتوله سفید خود می تواند ادامه یابد تا حدی که لایه های ضخیم هیدروژن سقوط کرده و متراکم شده روی هسته کوتوله سفید انرژی خود را به یکباره آزاد می کند. این انرژی عظیم هسته کربن و اکسیژن کوتوله سفید را به مرز واکنش همجوشی رسانده و یک انفجار هسته ای کنترل نشده و دیوانه وار را موجب می شود.

این بزرگترین بمب هسته ای کائنات است، یک جسم آسمانی به اندازه کره زمین اما با جرمی معادل خورشید به ناگاه تمامی جرم خود را به یک کره آتشین هسته ای تبدیل می کند. این نوع ابرنوستاره در اثر انفجار، از کل کهکشانی که در آن واقع شده درخشانتر می شود. البته این درخشندگی تنها چند هفته ادامه می یابد و پس از آن باقیمانده هپراکنده ای از زوج ستاره ای برجای می ماند. آخرین ابرنوستاره از این نوع در سال 1604 مشاهده شد و درخشندگی هولناک آن که در طول روز نیز قابل مشاهده بود باعث وحشت ستاره شناسان در سراسر دنیا گردید.

منبع: Popular Mechanics

 یادداشت مترجم: ابرنوستاره به لاتین supernova و جمع آن supernovae است.

تدریس دروس ریاضی دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی با بیش از بیست و پنج سال سابقه درخشان

شماره پیامک و تماس: [phone]

ناصری