books ولادة نجوم

النجم النشأ

يبدأ تتطور النجوم بانكماش سحابة جزيئية عظيمة الضخامة تحت قوى الثقالة . تلك السحابة قد تصل مقاييسها نحو 100 سنة ضوئية وتحتوي على كتلة من الجزيئات (أهمها الهيدروجين بنسبة نحو 75 % وهيليوم نحو 23 % والباقي غبار كوني مكون عناصر ثقيلة) تكفي لنحو 6 مليون كتلة شمسية . وعندما تنكمش تلك السحابة الجزيئية فهي تنقسم إلى عدة أجزاء تتكور كل منها تحت تأثير قوة الثقالة ، انكماش الغاز يحرر طاقة الوضع الثقالية وتتحول تلك الطاقة إلى طاقة حرارية. فترتفع درجة حرارة الكرة الغازية المتكونة كما يرتفع الضغط فيها، وتبدأ في الدوران حول نفسها وتصبح كرة غازية دوارة، وهذا هو النجم النشأ protostar. وهكذا نشأت شمسنا قبل نحو 5و4 مليار سنة.

ويستمر النجم المتكون في الانكماش ويكون قد اتخذ شكله الكروي، وهو يحتوي على الغاز والغبار الذي حصل عليهما من السحابة الجزيئية، ويحدد حجمه كتلة الغاز والغبار التي تجمعت فيه وكونته. تقاس كتلة نجم في العادة بالمقارنة بكتلة الشمس : فالشمس مثلا تمثل 1 كتلة شمسية ، وتوجد في الكون نجوما أصغر من الشمس ونجوما أكبر منها كثيرا.

يكون النجم النشأ غارقا في الغبار ولكن يمكن رؤياه في نطاق الأشعة تحت الحمراء. ومع الوقت يزيح الريح النجمي الناتج عن الإشعاع ذلك الغبار بعيدا عنه فيبدو النجم أبيضا متألقا. وقد تمكن مرصد وايز للأشعة تحت الحمراء WISE من اكتشاف العديد من المجرات التي تتكون فيها نجوم جديدة .

الاقزام البنية والأجرام الأصغر من الشمس

النجوم الناشئة المحتوية على نحو 08و0 كتلة شمسية لا تصل درجة حرارتها إلى درجة عالية بحيث يبدأ اندماج الهيدروجين فيها . فهي لا تصبح نجوما ولكنها تعرف بالأقزام البنية. ويعرف الاتحاد الفلكي الدولي الأقزام البنية بأنها نجوم صغيرة تحوي على كتلة تكفي لاندماج الديوتيريوم (الهيدروجين الثقيل) خلال فترة في عمرها (ذات 13 كتلة مشتري ، أي ما يعادل 2.5 × 10²⁸ kg, أو ما يعادل 0.0125 كتلة شمسية)، فهم يعتبرون أقزاما بنية ( ولكن لو كان أحدهم يدور حول نجم فهو يعتبر في تلك الحالة كوكبا). كلا الأقزام البنية سواء كان يحرق الديوتيريوم أم لا فإن كل منهما يكون باهتا الضوء ويبردان ويموتان عبر عدة مئات من السنين .

اندماج الهيدروجين

بالنسبة إلى نجم نشأ متوسط الكتلة كالشمس تصل درجة حرارته الباطنية إلى نحو 10 مليون كلفن، وعندها يبدأ تفاعل بروتون-بروتون مما يسمح باندماج الهيدروجين ؛ أولا ينتج منه الديوتيريوم ثم يندمج فينتج الهيليوم.

في نجوم أكبر من كتلة الشمس تحدث فيها اندماج الكربون C والنتروجين N والأكسجين O (فيما يسمى (دورة CNO) وينتج من تلك التفاعلات طاقة كبيرة تماثل تقريبا ما ينشأ من اندماح الهيروجين. وبدء تلك الاندماجات النووية يعمل سريعا على إيجاد توازن بين ضغط الإشعاع من الداخل إلى الخارج موازنا ثقالة مادة النجم وتمنع النجم من الاستمرار في الانكماش الثقالي (قوة الجاذبية). ويصبح النجم بسرعة في حالة توازن، وتسمى تلك المرحلة للنجم مرحلة النسق الأساسي لتطوره.

نجد ان نجما جديدا سوف يكون له مكانا في التتابع الريئسي على رسم هرتزبرونغ-راسل (أنظر الشكل) ، حيث يصف هذا الموقع نوع الطيف الصادر من النجم وهو يعتمد على كتلة النجم. النجوم الصفيرة تكون ذات كتلة أصغر من كتلة شمسية وتكون أيضا باردة نوعا وهي تسمى أقزام حمراء . يندمج فيها الهيدروجين ببطء ويبقى النجم في النسق الأساسي عدة مئات البلايين من السنين، بينما نجوم أكبر كتلة من الشمس فهي تكون شديدة الحرارة،، على من حرارة الشمس كثيرا وتصنف بأنها نجم نوع-O في النسق الأساسي، هؤلاء النجوم الكبيرة يغادرون النسق الأساسي بعد بقائهم فيه عدة ملايين من السنين.

أما نجوم متوسطة الكتلة مثل الشمس فهي تسمى قزم أصفر ، وتبقى في النسق الأساسي لمدة تصل إلى نحو 10 مليار سنة (10 آلاف مليون سنة). وتشير الأرصاد التي يقوم بها علماء الفلك في دراسة النجوم وأنواعها وما يحدث داخلها من تفاعلات نووية، تشير إلى أن الشمس في وسط عمرها في النسق الأساسي.

يبين الشكل رسم هرتزبرونغ-راسل الذي تصطف النجوم عليه كرسم بياني طبقا لكتلتها . المحور الأفقي يبين درجة حرارة باطن النجم ويبين المحور الرأسي ضياء النجم . تبدأ مواقع النجوم في تطورها على الخط البياني (النسق الأساسي) طالما يجري فيها الاندماج النووي، وقرب اتهاء الاندماجات النووية فيها تتفرع في فروع جانية من الخط الأساسي بحسب كتلتها حيث يمثل كل فرع سريانا مختلقا للعمليات النووية الجارية في النجم. من ضمن تلك الفروع نجد في أعلى الرسم تفرعات تطور النجوم ذات كتل أكبر من الشمس، كما نرى في وسط الخط البياني (النسق الأساسي) موقع الشمس (أصفر) وتتفرع منه في فرع يسمى تفرع العملاق الأحمر ، وطبقا لهذا الفرع يسير تطور نجم له كتلة مساوية لكتلة الشمس أو يكون أصغر منها.
الفرع الأصفر يبين الشمس حيث كتلتها 1 كتلة شمسية ، التي ستصبح فيما بعد عملاقا أحمرا بعد انتهاء مرحلة بقائها في النسق الأساسي وتتمدد وتكبر حجما خلال تتبعها للخط الأصفر والذي يسمى عملاق مقارب، و تنتهي عليه في طورها النهائي الذي لا تزال الاندماجات النووية تجري فيها وتشارف على الانتهاء.