shirin71
08-20-2011, 07:16 PM
سرنوشت خورشید
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun2.jpg
خورشید سرانجام به پایان سوخت هسته ای اش می رسد و حدود 5/4 میلیارد سال دیگر می میرد. البته داستان مرگ خورشید از یک سری وقایع تشکیل شده است که ابتدا خورشید را به غول سرخ، سپس به ریز نقش سفید، و در نهایت به یک ستاره ریز نقش سیاه تبدیل می کند. این فرآیند 5/3 میلیارد سال دیگر آغاز میشود؛ وقتی که هلیم در هسته خورشید شروع به همجوشی و تولید کربن میکند و خورشید شروع به انبساط میکند. پیش بینی وضع آب و هوای زمین در آن زمان داغ، درخشان و مه آلود خواهد بود؛ زمانی که خورشید همچون غولی در آسمان بزرگ و بزرگتر می شود. زمانی که خورشید دو سومِ آسمان را پوشانده، دمای چند هزار درجه ای روی زمین مدت هاست که جوّ و اقیانوس هایش را تبخیر کرده است. سرانجام، لایه خارجی خورشید، عطارد، زهره، زمین و حتی مریخ را در کام خود فرو میبرد و با جذب حرارت از مرکزش 3000 بار درخشان تر میشود. در این زمان خورشید به یک ستاره غول پیکر تبدیل گشته است.
وقتی هلیم به پایان برسد هسته کربن – اکسیژن هم غیر فعال می شود و مرگ غول سرخ آغاز میشود. البته هسته، دو سومِ جرم ستاره را در بر دارد، هنوز داغ است و اطرافش را دو پوسته از مواد اصلی خورشید، یعنی هیدروژن و هلیم دست نخورده، فرا گرفته است. حاصل فعالیت این پوسته ها حرکت تَپ وار (pulsation) سطح خورشید است که هر تَپ حدود یک سال طول می کشد. وقتی سطح با هر تَپ منبسط و خشک میشود هیدروژن و هلیم رابه صورت ((بادی)) که با سرعت حدود 16 کیلومتر در ثانیه میوزد، در فضا منتشر می کند. این فرآیند چندین هزار سال طول می کشد تا هر دو پوسته در فضا پراکنده شوند و هسته کربن – اکسیژن چگال خورشید بی حفاظ و عریان باقی بماند. پوسته های فوران شده سحابی سیاره نمای در حال انبساطی را شکل می دهند. در طی 20000 سال بعد دمای سطحی هسته عریان شده از 11000 درجه به حدود 25000 درجه افزایش میابد. البته، اندازه اش خیلی بزرگتر از زمین نخواهد بود. پرتو فرابنفش تابش شده از هسته عریان، که سریع تر از گازهای سحابی حرکت میکند، به سحابی میرسد و آن را همچون حباب فلورسنت روشن میکند.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun3.jpg
در همین حال، بادی پُر سرعت با جرم بسیار کم اما مقدار زیادی انرژی با سرعت حدود 1500 کیلومتر در ثانیه وزیدن می گیرد. این باد هم به شدت با سحابی تصادف می کند و ابرهای درخشان متعددی را شکل میدهد که با رنگ های قرمز،سبز و آبی که حاصل حرارت دیدن گازهای هیدروژن، اکسیژن و هلیم اند میدرخشند. در این زمان اندازه سحابی به هزار برابر اندازه منظومه شمسی ما رسیده است. این نمایش آسمانی شکل ها و رنگهای معرکه فقط حدود ده هزار سال ادامه می یابد.
در سالهای بعد، بیرون ریزی گاز و انرژی از ستاره غول سرخ متوقف می شود و فقط هسته داغ باقی می ماند. این هسته، که در این مرحله ستاره ریز نقش سفید نامیده میشود، به تدریج سرد و سرانجام محو و تبدیل به کره ای تاریک و مرده از مواد می شود که ستاره ریز نقش سیاه نامیده می شود. این مرحله آخر سرد شدن آن قدر طولانی است که هنوز عمر عالم به جایی نرسیده است که ریز نقش سیاهی زده شده باشد. اما تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل گرفته نشان می دهد که کهکشان راه شیری پر از ریز نقش سفید و ستاره های غول سرخ است.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun4.jpg
اما سرنوشتی کاملا متفاوت در انتظار ستاره هایی است که جرمشان بیش از 6 برابر جرم خورشید است. فرآیند مرگ آنها مشابه به ستاره مادر است، یعنی آنها در انفجار اَبَرنواَختر ناگهان می میرند. تنها تفاوت در آن چیزی است که از ستاره مرده بر جای می ماند. هسته ستاره هایی با جرم 6 تا 12 برابر جرم خورشید، پس از پرتاب بیشتر مواد لایه خارجی جوّشان به فضا، به ستاره نوترونی تبدیل می شود. ستاره نوترونی جسمی بسیار چگال و بسیار کوچک – با قطر چند کیلومتر – است که از بسته های بسیار به هم فشرده نوترون تشکیل شده است و هر قاشق چایخوری از آن صدها میلیون تُن وزن دارد. این ستاره خیلی سریع به دور خود می چرخد - حدود 1 تا 10 بار در هر ثانیه - چون قانون بقای اندازه حرکت زاویه ای آن را ملزم می کند که اندازه حرکت زاویه ای ستاره اصلی را حفظ کند. پس، چون قطر به شدت کاهش یافته، سرعت گردشی ستاره به شدت افزایش می یابد؛ درست مثل اسکیت بازی که هرچه دست های بازش را به بدنش نزدیک تر میکند سریعتر دور خودش می چرخد.
چرخش سریع ستاره نوترونی به همراه میدان مغناطیسی قوی اش آن را به یک ژنراتور قدرتمند الکتریکی تبدیل می کند که همچون تیرکمانی قادر است ذرات ریز اتمی را تا انرژی های چند میلیون ولت شتاب دهد و با سرعت تقریبا نصف سرعت نور در فضا پراکنده کند. وقتی این باد به گازهای سحابی اطراف می وزد الکترون ها و پوزیترون ها (پاد ماده الکترون) به دور خطوط میدان مغناطیسی می پیچند و انرژی از خود ساطع می کنند که شکل های درخشان و متغیری از نور در مرکز سحابی می سازند. این نور سپس گاز و غبار سازنده سحابی، که در آن زمان تا چند سال نوری گسترده شده است، را روشن می کند.
جالب است بدانید که بر خلاف ستاره ای عادی، مواد خارج شده از ستاره نوترونی در همه جهت ها در فضا پراکنده نمی شوند و در عوض ، همگی در دو پرتو تابش الکترومغناطیس متمرکزند که به طور مداوم از قطب های ستاره ساطع می شوند و قسمتی هم به صورت بادی از استوای تَپ اختر می وزد. این خروجی انرژی همان است که ستاره نوترونی را درخشان نگه می دارد که به تدریج انرژی چرخشی اش را کاهش میدهد و در بازه زمینی حدود هزاران سال چرخش ستاره را کُند میکند. اگر زمین اتفاقی در امتداد تابش یکی از این دو پرتو باشد می توانیم ستاره نوترونی را به صورت نقطه نورانی دائمی در آسمان آشکار کنیم، در غیر این صورت نمی توانیم مگر اینکه میدان مغناطیسی اش با محور چرخشش هم خط نباشد. در این صورت دو پرتو دائم تابش الکترو مغناطیس مسیری دایره ای را در آسمان طی می کنند (درست مثل چراغ فانوس دریایی ). اگر پرتو تابش در مسیر خط دید ما قرار بگیرد میتوانیم آن را همچون تابشی کوتاه اما سروقت در طول موج رادیویی، مرئی و پرتو ایکس آشکار کنیم. این جرم ستاره تَپ اختر (pulsar) نامیده میشود. بسامد این تَپ ها آنقدر منظم است که وقتی تَپ اخترها در سال 1967 کشف شدند اخترشناسان تصور کردند این علائم را موجودات هوشمند فرازمینی ساخته و فرستاده اند و تَپ اخترها را LGM ، مخفف آدم کوچولوهای سبز رنگ (Little Green Men) نامیدند.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun5.jpg
اگر ستاره بیش از 12 برابر خورشید جرم داشته باشد، هسته فرو ریزش بر سر خودش را ادامه میدهد تا جایی که کِشش گرانشی آنقدر قوی میشود که هیچ چیز، حتی نور، نمیتواند از دامش بگریزد. این جسم سیاهچاله (black hole) نامیده میشود.
چون سحابی سیاره نما (planetary nebulae) از لایه های خارجی جوّ ستاره شکل گرفته، پُر از اکسیژنی است که در عمر ستاره در مرکز آن تولید شده است. بنابراین، مقدار زیادی از انرژی تابش فرابنفش اَبَرنواَختر به نور مرئی سبزی تبدیل میشود – طول موج یون های اکسیژن – که چنان شدتی دارد که صدها میلیون سال نوری دورتر قابل آشکار سازی است.
با اینکه انفجار اَبَر نواَختری در گروه کهکشان های راه شیری، همچون اَبَرنواَختر SN87 – که 167 هزار سال پیش در کهکشان اقماری ما و ابر بزرگ ماژلان، رخ داد و نورش نخستین بار در سال 1987 به ما رسید – را میتوان با چشم غیر مسلح دید، خود سحابی فقط با تلسکوپ دیده میشود و ما از موقعیت نور مرئی اَبَرنواَختر درمی یابیم که کجا دنبال آن بگردیم.
روشی که با آن سحابی های دور دست، که انفجار اَبَرنواَختری شان بدون جلب توجه ما رخ میدهد،را آشکار می کنند شیوه فنّی بسیار هوشمندانه ای به نام تصویر برداری روی باند/خارج باند (on band/ off band) است که اخترشناسان رصدخانه های ملی اختر شناسی مرئی در توسان آریزونا آن را ابداع کردند. در این روش از کهکشان دور دست دو تصویر، یکی در باند تاریک طول موج حدود اکسیژن و دیگری خارج از این محدوده، می گیرند و در کامپیوتر روی هم می اندازند و برنامه کامپیوتری بین دو تصویر زیر و رو در رفت و آمد است. چون سحابی سیاره نما فقط در تصویر باند اکسیژن ظاهر میشود، روی صفحه کامپیوتر نقاط چشمک زنی دیده میشود. اخترشناسان با بهره گیری از این فن، بیشتر از 141 سحابی سیاره نما در کهکشان M86 در خوشه سنبل یافته بودند.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun2.jpg
خورشید سرانجام به پایان سوخت هسته ای اش می رسد و حدود 5/4 میلیارد سال دیگر می میرد. البته داستان مرگ خورشید از یک سری وقایع تشکیل شده است که ابتدا خورشید را به غول سرخ، سپس به ریز نقش سفید، و در نهایت به یک ستاره ریز نقش سیاه تبدیل می کند. این فرآیند 5/3 میلیارد سال دیگر آغاز میشود؛ وقتی که هلیم در هسته خورشید شروع به همجوشی و تولید کربن میکند و خورشید شروع به انبساط میکند. پیش بینی وضع آب و هوای زمین در آن زمان داغ، درخشان و مه آلود خواهد بود؛ زمانی که خورشید همچون غولی در آسمان بزرگ و بزرگتر می شود. زمانی که خورشید دو سومِ آسمان را پوشانده، دمای چند هزار درجه ای روی زمین مدت هاست که جوّ و اقیانوس هایش را تبخیر کرده است. سرانجام، لایه خارجی خورشید، عطارد، زهره، زمین و حتی مریخ را در کام خود فرو میبرد و با جذب حرارت از مرکزش 3000 بار درخشان تر میشود. در این زمان خورشید به یک ستاره غول پیکر تبدیل گشته است.
وقتی هلیم به پایان برسد هسته کربن – اکسیژن هم غیر فعال می شود و مرگ غول سرخ آغاز میشود. البته هسته، دو سومِ جرم ستاره را در بر دارد، هنوز داغ است و اطرافش را دو پوسته از مواد اصلی خورشید، یعنی هیدروژن و هلیم دست نخورده، فرا گرفته است. حاصل فعالیت این پوسته ها حرکت تَپ وار (pulsation) سطح خورشید است که هر تَپ حدود یک سال طول می کشد. وقتی سطح با هر تَپ منبسط و خشک میشود هیدروژن و هلیم رابه صورت ((بادی)) که با سرعت حدود 16 کیلومتر در ثانیه میوزد، در فضا منتشر می کند. این فرآیند چندین هزار سال طول می کشد تا هر دو پوسته در فضا پراکنده شوند و هسته کربن – اکسیژن چگال خورشید بی حفاظ و عریان باقی بماند. پوسته های فوران شده سحابی سیاره نمای در حال انبساطی را شکل می دهند. در طی 20000 سال بعد دمای سطحی هسته عریان شده از 11000 درجه به حدود 25000 درجه افزایش میابد. البته، اندازه اش خیلی بزرگتر از زمین نخواهد بود. پرتو فرابنفش تابش شده از هسته عریان، که سریع تر از گازهای سحابی حرکت میکند، به سحابی میرسد و آن را همچون حباب فلورسنت روشن میکند.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun3.jpg
در همین حال، بادی پُر سرعت با جرم بسیار کم اما مقدار زیادی انرژی با سرعت حدود 1500 کیلومتر در ثانیه وزیدن می گیرد. این باد هم به شدت با سحابی تصادف می کند و ابرهای درخشان متعددی را شکل میدهد که با رنگ های قرمز،سبز و آبی که حاصل حرارت دیدن گازهای هیدروژن، اکسیژن و هلیم اند میدرخشند. در این زمان اندازه سحابی به هزار برابر اندازه منظومه شمسی ما رسیده است. این نمایش آسمانی شکل ها و رنگهای معرکه فقط حدود ده هزار سال ادامه می یابد.
در سالهای بعد، بیرون ریزی گاز و انرژی از ستاره غول سرخ متوقف می شود و فقط هسته داغ باقی می ماند. این هسته، که در این مرحله ستاره ریز نقش سفید نامیده میشود، به تدریج سرد و سرانجام محو و تبدیل به کره ای تاریک و مرده از مواد می شود که ستاره ریز نقش سیاه نامیده می شود. این مرحله آخر سرد شدن آن قدر طولانی است که هنوز عمر عالم به جایی نرسیده است که ریز نقش سیاهی زده شده باشد. اما تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل گرفته نشان می دهد که کهکشان راه شیری پر از ریز نقش سفید و ستاره های غول سرخ است.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun4.jpg
اما سرنوشتی کاملا متفاوت در انتظار ستاره هایی است که جرمشان بیش از 6 برابر جرم خورشید است. فرآیند مرگ آنها مشابه به ستاره مادر است، یعنی آنها در انفجار اَبَرنواَختر ناگهان می میرند. تنها تفاوت در آن چیزی است که از ستاره مرده بر جای می ماند. هسته ستاره هایی با جرم 6 تا 12 برابر جرم خورشید، پس از پرتاب بیشتر مواد لایه خارجی جوّشان به فضا، به ستاره نوترونی تبدیل می شود. ستاره نوترونی جسمی بسیار چگال و بسیار کوچک – با قطر چند کیلومتر – است که از بسته های بسیار به هم فشرده نوترون تشکیل شده است و هر قاشق چایخوری از آن صدها میلیون تُن وزن دارد. این ستاره خیلی سریع به دور خود می چرخد - حدود 1 تا 10 بار در هر ثانیه - چون قانون بقای اندازه حرکت زاویه ای آن را ملزم می کند که اندازه حرکت زاویه ای ستاره اصلی را حفظ کند. پس، چون قطر به شدت کاهش یافته، سرعت گردشی ستاره به شدت افزایش می یابد؛ درست مثل اسکیت بازی که هرچه دست های بازش را به بدنش نزدیک تر میکند سریعتر دور خودش می چرخد.
چرخش سریع ستاره نوترونی به همراه میدان مغناطیسی قوی اش آن را به یک ژنراتور قدرتمند الکتریکی تبدیل می کند که همچون تیرکمانی قادر است ذرات ریز اتمی را تا انرژی های چند میلیون ولت شتاب دهد و با سرعت تقریبا نصف سرعت نور در فضا پراکنده کند. وقتی این باد به گازهای سحابی اطراف می وزد الکترون ها و پوزیترون ها (پاد ماده الکترون) به دور خطوط میدان مغناطیسی می پیچند و انرژی از خود ساطع می کنند که شکل های درخشان و متغیری از نور در مرکز سحابی می سازند. این نور سپس گاز و غبار سازنده سحابی، که در آن زمان تا چند سال نوری گسترده شده است، را روشن می کند.
جالب است بدانید که بر خلاف ستاره ای عادی، مواد خارج شده از ستاره نوترونی در همه جهت ها در فضا پراکنده نمی شوند و در عوض ، همگی در دو پرتو تابش الکترومغناطیس متمرکزند که به طور مداوم از قطب های ستاره ساطع می شوند و قسمتی هم به صورت بادی از استوای تَپ اختر می وزد. این خروجی انرژی همان است که ستاره نوترونی را درخشان نگه می دارد که به تدریج انرژی چرخشی اش را کاهش میدهد و در بازه زمینی حدود هزاران سال چرخش ستاره را کُند میکند. اگر زمین اتفاقی در امتداد تابش یکی از این دو پرتو باشد می توانیم ستاره نوترونی را به صورت نقطه نورانی دائمی در آسمان آشکار کنیم، در غیر این صورت نمی توانیم مگر اینکه میدان مغناطیسی اش با محور چرخشش هم خط نباشد. در این صورت دو پرتو دائم تابش الکترو مغناطیس مسیری دایره ای را در آسمان طی می کنند (درست مثل چراغ فانوس دریایی ). اگر پرتو تابش در مسیر خط دید ما قرار بگیرد میتوانیم آن را همچون تابشی کوتاه اما سروقت در طول موج رادیویی، مرئی و پرتو ایکس آشکار کنیم. این جرم ستاره تَپ اختر (pulsar) نامیده میشود. بسامد این تَپ ها آنقدر منظم است که وقتی تَپ اخترها در سال 1967 کشف شدند اخترشناسان تصور کردند این علائم را موجودات هوشمند فرازمینی ساخته و فرستاده اند و تَپ اخترها را LGM ، مخفف آدم کوچولوهای سبز رنگ (Little Green Men) نامیدند.
http://www.noojum.com/images/stories/news/world/death-of-sun5.jpg
اگر ستاره بیش از 12 برابر خورشید جرم داشته باشد، هسته فرو ریزش بر سر خودش را ادامه میدهد تا جایی که کِشش گرانشی آنقدر قوی میشود که هیچ چیز، حتی نور، نمیتواند از دامش بگریزد. این جسم سیاهچاله (black hole) نامیده میشود.
چون سحابی سیاره نما (planetary nebulae) از لایه های خارجی جوّ ستاره شکل گرفته، پُر از اکسیژنی است که در عمر ستاره در مرکز آن تولید شده است. بنابراین، مقدار زیادی از انرژی تابش فرابنفش اَبَرنواَختر به نور مرئی سبزی تبدیل میشود – طول موج یون های اکسیژن – که چنان شدتی دارد که صدها میلیون سال نوری دورتر قابل آشکار سازی است.
با اینکه انفجار اَبَر نواَختری در گروه کهکشان های راه شیری، همچون اَبَرنواَختر SN87 – که 167 هزار سال پیش در کهکشان اقماری ما و ابر بزرگ ماژلان، رخ داد و نورش نخستین بار در سال 1987 به ما رسید – را میتوان با چشم غیر مسلح دید، خود سحابی فقط با تلسکوپ دیده میشود و ما از موقعیت نور مرئی اَبَرنواَختر درمی یابیم که کجا دنبال آن بگردیم.
روشی که با آن سحابی های دور دست، که انفجار اَبَرنواَختری شان بدون جلب توجه ما رخ میدهد،را آشکار می کنند شیوه فنّی بسیار هوشمندانه ای به نام تصویر برداری روی باند/خارج باند (on band/ off band) است که اخترشناسان رصدخانه های ملی اختر شناسی مرئی در توسان آریزونا آن را ابداع کردند. در این روش از کهکشان دور دست دو تصویر، یکی در باند تاریک طول موج حدود اکسیژن و دیگری خارج از این محدوده، می گیرند و در کامپیوتر روی هم می اندازند و برنامه کامپیوتری بین دو تصویر زیر و رو در رفت و آمد است. چون سحابی سیاره نما فقط در تصویر باند اکسیژن ظاهر میشود، روی صفحه کامپیوتر نقاط چشمک زنی دیده میشود. اخترشناسان با بهره گیری از این فن، بیشتر از 141 سحابی سیاره نما در کهکشان M86 در خوشه سنبل یافته بودند.