تعريف النجم
هي الأجسام الفلكية التي تمثل اللبنات الأساسية للمجرات، ويتبع عمر النجوم وتوزيعها وتكوينها في المجرة تاريخ تلك المجرة وديناميكياتها وتطورها، وعلاوة على ذلك ترتبط خصائص النجوم المسؤولة عن تصنيع وتوزيع العناصر الثقيلة مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين ارتباطًا وثيقًا بخصائص الأنظمة الكوكبية التي قد تتجمع حولها وبالتالي فإن دراسة ولادة النجوم وحياتها وموتها أمر أساسي في مجال علم الفلك.
تولد النجوم في سحابة الغبار وتنتشر في معظم المجرات - وسديم الجبار هو من الأمثلة على سحب الغبار - ويؤدي الاضطراب العميق داخل هذه السحب إلى تكوين "عقدة" ذات كتلة كافية يمكن أن تؤدي إلى انهيار الغاز والغبار، ومع انهيار السحابة تبدأ المادة الموجودة في المركز بتشكيل النواة الأساسية للنجم والتي تُعرف باسم نجم البرتو وهو قلب ساخن في قلب السحابة المنهارة التي ستصبح نجمًا في يوم ما، ويُشار إلى أنه من الممكن أن يتحول جزء من الغبار إلى كواكب أو كويكبات أو مذنبات أو قد يظل غبارًا.
في يناير من العام 2004 اكتشف عالم الفلك جيمس ماكنيل سديمًا صغيرًا ظهر بصورة غير متوقعة بالقرب من سديم ميسيير 78 في كوكب أوريون، وعندما وجه المراقبون حول العالم أدواتهم إلى سديم "McNeil" وجدوا شيئًا مثيرًا للاهتمام متفاوت في سطوعه، وبعد المراقبة أوضحت الملاحظات بالتعاون مع مرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا أن التفاعل بين المجال المغناطيسي للنجم الشاب والغاز المحيط يسبب زيادة عرضية في السطوع وهذا السبب في تفاوت السطوع.[1]
أنواع النجوم
مثل أي شيء تقريبًا في الكون، تولد النجوم وتعيش حياتها ثم تموت، والنجوم هي واحدة من أكثر الأشياء المتنوعة المعروفة اليوم، وتعتمد المعايير الأكثر شيوعًا لتصنيف النجوم على خصائصها الطيفية، وعلى أي حال هنالك مجموعة من الوسائل الأخرى لتصنيف النجوم، وفيما يلي نستعرض عددًا من النجوم استنادًا إلى مراحل تطورها وعلم الحركة، وهي:[2]
- نجم التسلسل الرئيس: يكتسب نجم تسلسل ما قبل الرئيس في النهاية درجات الحرارة الأساسية (حوالي 10 مليون كلفن) اللازمة لبدء تفاعل تسلسلي نووي، وبمجرد أن يبدأ التفاعل ينقاد النجم نحو توازن هيدروستاتيكي حيث تُوقف الطاقة المنبعثة من الاندماج النووي انهيارها الجاذبي، وكل من هذه القوى توازن بين بعضها البعض.
إن غالبية النجوم في درب التبانة، بما في ذلك الشمس، هي نجوم تسلسل رئيسة ويمكن أن تختلف في الحجم والسطوع، ويُشار إلى أن الحد الأدنى للكتلة الملحوظة لنجم تسلسل رئيس تشكل نجومًا ذات كتلة منخفضة تُعرف بنجوم الأقزام الحمراء.
- نجم القزم الأحمر: وهي أكثر النجوم شيوعًا في مجرة درب التبانة وربما في الكون، ومعظم النجوم في المنطقة المجاورة للشمس هم أقزام حمراء بما في ذلك "Proxima Centauri" الواقعة على بعد 4.2 سنة ضوئية، وكما أشرنا سابقًا يعد نجم القزم الأحمر في الأساس من النجوم ذات الكتلة المنخفضة، وبسبب اندماج الهيدروجين لفترات طويلة من المتوقع أن يعيش هذا النوع من النجوم بين 1 تريليون إلى 10 تريليون سنة اعتمادًا على الكتلة.
- النجم الأحمر العملاق: في نهاية حياتها، تدخل النجوم المتسلسلة الرئيسية مرحلة أخيرة تتميز بصورة عامة بزيادة كبيرة في الحجم والإضاءة وتسمى هذه النجوم بالعمالقة الحمراء، وبعد ملايين السنين من الاندماج النووي الثابت تنفد النجوم التسلسلية الرئيسة من الهيدروجين، وبدون الانصهار والقوة المضادة يبدأ النجم بالانهيار تحت تأثير الجاذبية ولكن قبل أن تنهار بصورة أكبر تنشط قشرة الهيدروجين المستقرة حول قلب النجم وتبدأ في دعم الاندماج النووي، وبمجرد استنفاد الهيدروجين تمامًا تبدأ عملية دمج الهيليوم مما يؤدي إلى انتفاخ النجم بوتيرة سريعة للغاية، وبالنسبة للنجوم الشبيه بالشمس تستمر هذه المرحلة عادةً لبضع مئات ملايين السنين.
- نجم القزم الأبيض: تمثل نجوم الأقزام البيضاء المرحلة الأخيرة في الرحلة التطورية للنجوم ذات الكتل المنخفضة إلى المتوسطة، فبعد مرحلة دمج الهيليوم وإذا لم يكن لدى العملاق الأحمر كتلة كافية لإنتاج درجات الحرارة الأساسية اللازمة لدمج الكربون، فإن غازًا خاملًا من أكوام الكربون والأكسجين ينتج في قلب الكوكب أثناء بدء الانهيار، وعندما ينفجر العملاق الأحمر ويشكل سديمًا كوكبيًا يترك وراءه قزمًا أبيضًا غنيًا بالكربون.
- النجم الخارق: كما يوحي الاسم تعد هذه النجوم أكبر النجوم في الكون، وتمتلك هذه الوحوش النجمية العملاقة كتلة تصل على الأقل عشر مرات من كتلة الشمس، والنجوم الخارقة ذات الكتل الأولية والتي تكون أكبر من كتلة الشمس بعشر مرات تكون أسرع بكثير في بدء عملية اندماج الهيليوم من العمالقة الحمراء بعد استنفاد الهيدروجين.
- النجم النيوتروني: تتكون هذه النجوم بالكامل من النيوترونات كما يوحي الاسم، وهي أصغر النجوم وأكثرها كثافة في الكون المرئي، وتحتوي النجوم النيوترونية على نصف قطر يتراوح بين 12 و13.5 كم، أما تكونه فيبدأ عندما تنفد الطاقة النووية من نجم ضخم حيث يبدأ قلب النجم بالانكماش تحت الجاذبية، ويعمل هذا الانكماش على ضغط البروتونات والإلكترونات معًا لإنتاج النيوترونات التي تتراكم في مساحات ضيقة للغاية ويستمر حتى تتطابق كثافتها مع كثافة النواة الذرية، وبعد ذلك ينفجر النجم إلى مستعر أعظم تاركًا خلفه نجمًا نيوترونيًا كثيفًا.
العناصر التي تنتجها النجوم
إن النجوم الأكبر يمكنها إنتاج عناصر أثقل وذلك لأن هذه النجوم يمكنها رفع درجة حرارتها بصورة أعلى من النجوم الصغيرة مثل الشمس، فبعد استهلاك الهيدروجين في هذه النجوم تمر بسلسلة من الحرق النووي اعتمادًا على أنواع العناصر المنتجة مثل حرق النيون، وحرق الكربون، وحرق الأكسجين أو حرق السيليكون.
في حرق الكربون يمر عنصر الكربون من خلال الاندماج النووي لإنتاج النيون والصوديوم والأكسجين والمغنيسيوم، وعندما يحترق النيون يندمج وينتج المغنيسيوم والأكسجين، وينتج الأكسجين بدوره عن السيليكون والعناصر الأخرى الموجودة بين الكبريت والمغنيسيوم في الجدول الدوري، وهذه العناصر بدورها تنتج العناصر القريبة من الحديد مثل الكوبالت والمنغنيز والروثينيوم، أما الحديد والعناصر الأخف فيتم إنتاجها من خلال تفاعلات الاندماج المستمر بواسطة العناصر المذكورة سابقأ، ويُشار إلى أنه بمجرد تشكيل الحديد يتوقف الاندماج النووي في قلب النجم.[3]
موت النجم
تموت النجوم لأنها تستنفد وقودها النووي، وتعتمد سرعة الأحداث في نهاية حياة النجم على كتلته حيث تستهلك النجوم الضخمة وقود الهيدروجين بسرعة لأنها تمتلك درجة حرارة عالية تكفي لدمج العناصر الأثقل مثل الهيليوم والكربون، وبمجرد عدم وجود وقود متبقي ينهار النجم وتنفجر الطبقات الخارجية ويحدث ما يُعرف بـ "المستعر الأعظم"، وما يتبقى بعد انفجار المستعر الأعظم هو "نجم نيوتروني" يمثل قلب النجم المنهار، وفي حال كانت كتلة كافية يتكون ما يُعرف بـ "الثقب الأسود"، وفيما يخص النجوم متوسطة الحجم (حتى 1.4 ضعف كتلة الشمس) تكون مدة حياتها طويلة نسبيًا، فمع استهلاك الهيدروجين تتضخم هذه النجوم لتصبح عملاق أحمر وعندما يدمج الهيليوم في نواتها وقبل التخلص من الطبقة الخارجية غالبًا ما يتشكل "سديم كوكبي"، أما قلب النجم فيكون "قزم أبيض" يبرد على مدى مليارات السنين، وفيما يخص أصغر النجوم والمعروفة باسم "الأقزام الحمراء" فإنها تحرق وقودها النووي ببطء شديد لدرجة أنها قد تعيش حتى عمر 100 مليار سنة وهذا أكبر بكثير من العمر الحالي للكون.[4]