23: موت النجوم

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197381

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

هل تموت النجوم بانفجار أو أنين؟ في الفصلين السابقين، تابعنا قصة حياة النجوم، من عملية الولادة إلى حافة الموت. نحن الآن على استعداد لاستكشاف الطرق التي تنهي بها النجوم حياتهم. عاجلاً أم آجلاً، يستنفد كل نجم مخزونه من الطاقة النووية. بدون مصدر للضغط الداخلي لموازنة وزن الطبقات المغطية، يفسح كل نجم في نهاية المطاف المجال لجاذبية الجاذبية التي لا هوادة فيها وينهار تحت وزنه. بعد التمييز التقريبي الذي تم إجراؤه في الفصل الأخير، سنناقش تطور نهاية العمر للنجوم ذات الكتلة الدنيا والعليا بشكل منفصل. ما يحدد النتيجة - الانفجار أو النشيج - هو كتلة النجم عندما يكون مستعدًا للموت، وليس الكتلة التي ولد بها. كما لاحظنا في الفصل الأخير، يمكن أن تفقد النجوم كمية كبيرة من الكتلة في منتصف العمر وكبر السن.

23.1: موت النجوم ذات الكتلة المنخفضة
أثناء تطورها، تسقط النجوم طبقاتها الخارجية وتفقد جزءًا كبيرًا من كتلتها الأولية. يمكن أن تفقد النجوم ذات الكتل التي تبلغ كتلتها 8 mSun أو أقل كتلة كافية لتصبح أقزامًا بيضاء، والتي تقل كتلتها عن حد Chandrasekhar (حوالي 1.4 mSun). يمنع الضغط الذي تمارسه الإلكترونات المتدهورة الأقزام البيضاء من الانقباض إلى أقطار لا تزال أصغر. في النهاية، تبرد الأقزام البيضاء لتصبح أقزامًا سوداء وبقايا نجمية مصنوعة أساسًا من الكربون والأكسجين والنيون.
23.2: تطور النجوم الضخمة - نهاية متفجرة
في النجوم الضخمة، يتبع اندماج الهيدروجين في القلب العديد من تفاعلات الاندماج الأخرى التي تتضمن عناصر أثقل. قبل أن يستنفد النجم الضخم جميع مصادر الطاقة، يحتوي على نواة حديدية محاطة بقذائف من السيليكون والكبريت والأكسجين والنيون والكربون والهيليوم والهيدروجين. يتطلب اندماج الحديد الطاقة (بدلاً من إطلاقها). إذا تجاوزت كتلة النواة الحديدية للنجم حد Chandrasekhar (ولكنها أقل من 3 mSun)، فإن النواة تنهار حتى تتجاوز كثافتها كثافة أتو
23.3: ملاحظات السوبرنوفا
يحدث السوبرنوفا في المتوسط مرة كل 25 إلى 100 عام في مجرة درب التبانة. على الرغم من الصعاب، لم يتم رصد أي سوبر نوفا في مجرتنا من الأرض منذ اختراع التلسكوب. ومع ذلك، فقد لوحظ وجود مستعر أعظم قريب (SN 1987A) في مجرة مجاورة، وهي سحابة ماجلان الكبيرة. بدأ النجم الذي تطور ليصبح SN 1987A حياته كعملاق أزرق، وتطور ليصبح عملاق أحمر، وعاد إلى كونه عملاق أزرق في الوقت الذي انفجر فيه. دراسات SN 1
23.4: النجوم النابضة واكتشاف النجوم النيوترونية
تترك بعض المستعرات الأعظمية على الأقل وراءها نجمًا نيوترونيًا مغناطيسيًا للغاية وسريع الدوران، والذي يمكن ملاحظته على أنه نجم نابض إذا كان شعاعه من الجسيمات المتسربة والإشعاع المركز يتجه نحونا. تصدر النبضات نبضات سريعة من الإشعاع على فترات منتظمة؛ وتتراوح فتراتها بين 0.001 و 10 ثوانٍ. يعمل النجم النيوتروني الدوار مثل المنارة، حيث يكتسح شعاعه في دائرة ويعطينا نبضة من الإشعاع عندما يجتاح الشعاع الأرض. مع تقدم النجوم النابضة في العمر، تفقد الطاقة،
23.5: تطور أنظمة النجوم الثنائية
عندما يكون القزم الأبيض أو النجم النيوتروني عضوًا في نظام نجمي ثنائي قريب، يمكن للنجم المصاحب له نقل الكتلة إليه. يمكن أن تنفجر المواد التي تسقط تدريجيًا على قزم أبيض في انفجار مفاجئ للاندماج وتصنع نوفا. إذا سقطت المادة بسرعة على قزم أبيض، فإنها يمكن أن تدفعها فوق حدود تشاندراسيخار وتتسبب في انفجارها تمامًا كمستعر أعظم من النوع Ia. هناك آلية أخرى محتملة لنوع Ia supernova وهي دمج قزمين أبيضين. المواد التي تسقط على علبة نجمة نيوترونية
23.6: سر انفجارات أشعة جاما
تستمر انفجارات أشعة جاما من جزء من الثانية إلى بضع دقائق. إنها تأتي من جميع الاتجاهات ومن المعروف الآن أنها مرتبطة بأشياء بعيدة جدًا. من المرجح أن يتم بث الطاقة، وبالنسبة لتلك التي يمكننا اكتشافها، تقع الأرض في اتجاه الشعاع. تأتي الانفجارات طويلة الأمد (التي تدوم أكثر من بضع ثوانٍ) من النجوم الضخمة مع فقدان طبقات الهيدروجين الخارجية التي تنفجر على شكل مستعرات عظمية. يُعتقد أن الانفجارات قصيرة المدة هي عمليات اندماج للجثث النجمية (النجوم النيوترونية o
23.E: موت النجوم (تمارين)
23.S: موت النجوم (ملخص)

الصورة المصغرة: تم التقاط هذه الصورة الرائعة لـ NGC 3603، وهو سديم في مجرة درب التبانة، باستخدام تلسكوب هابل الفضائي. توضح هذه الصورة دورة حياة النجوم. في النصف السفلي من الصورة، نرى سحبًا من الغبار والغاز، حيث من المحتمل أن يحدث تكوين النجوم في المستقبل القريب. بالقرب من المركز، توجد مجموعة من النجوم الشابة الضخمة التي يبلغ عمرها بضعة ملايين من السنين فقط. فوق الكتلة وعلى يمينها، هناك نجمة معزولة محاطة بحلقة من الغاز. بشكل عمودي على الحلقة وعلى جانبي الحلقة، توجد نقطتان زرقاتان من الغاز. تم طرد الحلقة والنقاط من قبل النجم الذي يقترب من نهاية عمره (الفضل: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا، وولفغانغ براندنر (JPL/IPAC)، وإيفا ك. غريبل (جامعة واشنطن)، يو-هوا تشو (جامعة إلينوي أوربانا شامبين)).