22.4: Mageuzi zaidi ya Stars

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza kile kinachotokea katika kiini cha nyota wakati hidrojeni yote imetumiwa
• Eleza “nebulae ya sayari” na kujadili asili yao
• Jadili uumbaji wa vipengele vipya vya kemikali wakati wa hatua za mwisho za mageuzi ya stellar

“Hadithi ya maisha” tuliyoihusisha hadi sasa inatumika kwa karibu nyota zote: kila huanza kama protostar ya kuambukizwa, halafu huishi maisha yake mengi kama nyota imara ya mlolongo, na hatimaye huondoka mlolongo kuu kuelekea eneo la jekundu-giant.

Kama tulivyoona, kasi ambayo kila nyota inapitia hatua hizi inategemea masi yake, huku nyota kubwa zaidi zinabadilika haraka zaidi. Lakini baada ya hatua hii, hadithi za maisha za nyota za raia tofauti zinatofautiana, na tabia mbalimbali iwezekanavyo kulingana na raia wao, nyimbo zao, na kuwepo kwa nyota yoyote ya karibu.

Kwa sababu tumeandika kitabu hiki kwa ajili ya wanafunzi kuchukua kozi yao ya kwanza ya astronomia, tutasimulia toleo rahisi la kile kinachotokea kwa nyota wakati zinavyoelekea hatua za mwisho katika maisha yao. Sisi (labda kwa misaada yako ya moyo) si delve katika njia zote zinazowezekana kuzeeka nyota wanaweza kuishi na mambo ya ajabu ambayo kutokea wakati nyota ni orbited na nyota ya pili katika mfumo binary. Badala yake, tutazingatia tu hatua muhimu katika mageuzi ya nyota moja na kuonyesha jinsi mageuzi ya nyota za masi za juu hutofautiana na ile ya nyota za chini (kama vile Jua letu).

Heliamu Fusion

Hebu tuanze kwa kuzingatia nyota zilizo na muundo kama ule wa Jua na ambazo raia zake za awali ni za chini—si zaidi ya mara mbili ya masi ya Jua letu. (Masi kama hiyo inaweza kuonekana kuwa ya chini sana, lakini nyota zilizo na raia chini ya haya yote hufanya kwa mtindo sawa. Tutaona nini kinatokea kwa nyota kubwa zaidi katika sehemu inayofuata.) Kwa sababu kuna nyota za chini sana kuliko nyota za juu katika Milky Way, nyota nyingi zikiwemo Jua letu zinafuata mazingira tunayotaka kuelezea. Kwa njia, tulitumia kwa makini neno la kwanza la nyota kwa sababu, kama tutakavyoona, nyota zinaweza kupoteza kiasi kidogo kabisa katika mchakato wa kuzeeka na kufa.

Kumbuka kwamba giants nyekundu huanza na msingi wa heliamu ambapo hakuna kizazi cha nishati kinachotokea, kilizungukwa na shell ambapo hidrojeni inafanyika fusion. Msingi, bila kuwa na chanzo cha nishati kupinga kuvuta ndani ya mvuto, ni kushuka na kuongezeka kwa moto zaidi. Wakati unavyoendelea, joto katika msingi linaweza kuongezeka kwa maadili mengi zaidi kuliko ilivyokuwa katika siku zake kuu za mlolongo. Mara inapofikia halijoto ya K milioni 100 (lakini si kabla ya hatua hiyo), atomi tatu za heliamu zinaweza kuanza kuunganishwa ili kuunda kiini kimoja cha kaboni. Utaratibu huu unaitwa mchakato wa alpha mara tatu-alpha, hivyo jina lake kwa sababu wanafizikia huita kiini cha atomi ya heliamu chembe ya alpha.

Wakati mchakato wa mara tatu-alpha unapoanza katika nyota za chini (karibu 0.8 hadi 2.0 raia wa jua), mahesabu yanaonyesha kwamba msingi wote unapigwa moto katika kupasuka kwa haraka kwa fusion inayoitwa flash ya heliamu. (Nyota kubwa zaidi pia huwasha heliamu lakini hatua kwa hatua zaidi na si kwa flash.) Mara tu joto katikati ya nyota inakuwa juu ya kutosha kuanza mchakato wa mara tatu-alpha, nishati ya ziada iliyotolewa hupitishwa haraka kupitia msingi wote wa heliamu, huzalisha inapokanzwa haraka sana. Inapokanzwa kasi ya athari za nyuklia, ambayo hutoa inapokanzwa zaidi, na ambayo huharakisha athari za nyuklia hata zaidi. Tuna kizazi cha nishati kilichokimbia, ambacho kinatawala msingi wote wa heliamu katika flash.

Unaweza kushangaa kwa nini hatua kuu inayofuata katika fusion ya nyuklia katika nyota inahusisha viini vitatu vya heliamu na sio mbili tu. Ingawa ni rahisi sana kupata viini viwili vya heliamu kupigana, bidhaa za mgongano huu si imara na huanguka mbali haraka sana. Inachukua viini vitatu vya heliamu vinavyokusanyika wakati huo huo ili kutengeneza muundo thabiti wa nyuklia. Kutokana na kwamba kila kiini cha heliamu kina protoni mbili nzuri na kwamba protoni hizo zinarudiana, unaweza kuanza kuona tatizo. Inachukua halijoto ya K milioni 100 ili kupiga viini vitatu vya heliamu (protoni sita) pamoja na kuwafanya fimbo. Lakini ikitokea, nyota inazalisha kiini cha kaboni.

Nyota katika kidole chako kidogo

Acha kusoma kwa muda na uangalie kidole chako kidogo. Imejaa atomi za kaboni kwa sababu kaboni ni kizuizi cha msingi cha kemikali kwa maisha duniani. Kila moja ya atomi hizo za kaboni ilikuwa mara moja ndani ya nyota kubwa nyekundu na ilichanganywa kutoka viini vya heliamu katika mchakato wa mara tatu-alpha. Kaboni yote duniani—ndani yenu, ndani ya makaa unayotumia kwa ajili ya kuchukiza, na katika almasi unayoweza kubadilishana na mpendwa—ilikuwa “yamepikwa” na vizazi vilivyopita vya nyota. Jinsi atomi za kaboni (na elementi nyingine) zilivyofanya njia yao kutoka ndani ya baadhi ya nyota hizo kuwa sehemu ya Dunia ni jambo tutakalojadili katika sura inayofuata. Kwa sasa, tunataka kusisitiza kwamba maelezo yetu ya mageuzi ya stellar ni, kwa maana halisi, hadithi ya “mizizi” yetu wenyewe ya cosmic —historia ya jinsi atomi zetu wenyewe zilivyotokea kati ya nyota. Sisi ni alifanya ya “nyota stuff.”

Kuwa Giant Tena

Baada ya flash ya heliamu, nyota, baada ya kuishi “mgogoro wa nishati” uliofuata mwisho wa hatua kuu ya mlolongo na uchovu wa mafuta ya hidrojeni katikati yake, hupata usawa wake tena. Kama nyota inarudi kwa kutolewa kwa nishati kutoka kwa mchakato wa mara tatu-alpha katika msingi wake, muundo wake wa ndani hubadilika tena: joto lake la uso huongezeka na mwanga wake wote hupungua. Hatua ambayo inawakilisha nyota kwenye mchoro wa H - R hivyo huenda kwenye nafasi mpya upande wa kushoto wa na kiasi fulani chini ya nafasi yake kama giant nyekundu (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Nyota kisha inaendelea kuunganisha heliamu katika msingi wake kwa muda, ikirudi kwa aina ya usawa kati ya shinikizo na mvuto uliotaja hatua kuu ya mlolongo. Wakati huu, kiini kipya cha kaboni kilichoundwa katikati ya nyota kinaweza wakati mwingine kuungana na kiini kingine cha heliamu ili kuzalisha kiini cha oksijeni-kizuizi kingine cha maisha.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Evolution ya Star Kama Sun juu ya H - R Mchoro. Kila hatua katika maisha ya nyota imeandikwa. (a) Nyota inatoka kwenye mlolongo kuu kuwa giant nyekundu, kupungua kwa joto la uso na kuongezeka kwa mwanga. (b) flash ya heliamu hutokea, na kusababisha urekebishaji wa muundo wa ndani wa nyota na kwa (c) kipindi kifupi cha utulivu wakati ambapo heliamu huunganishwa na kaboni na oksijeni katika msingi (katika mchakato nyota inakuwa moto zaidi na chini ya mwanga kuliko ilivyokuwa kama giant nyekundu). (d) Baada ya heliamu ya kati imechoka, nyota inakuwa kubwa tena na huenda kwenye mwangaza wa juu na joto la chini. Kwa wakati huu, hata hivyo, nyota imechoka rasilimali zake za ndani na hivi karibuni itaanza kufa. Ambapo wimbo wa mageuzi unakuwa mstari uliopotea, mabadiliko ni ya haraka sana kuwa ni vigumu kuiga.

Hata hivyo, kwa joto la K milioni 100, msingi wa ndani unabadilisha mafuta yake ya heliamu au kaboni (na kidogo ya oksijeni) kwa kiwango cha haraka. Hivyo, kipindi kipya cha utulivu hakiwezi kudumu kwa muda mrefu sana: ni mfupi sana kuliko hatua kuu ya mlolongo. Hivi karibuni, heliamu yote ya moto ya kutosha kwa fusion itatumika, kama vile hidrojeni ya moto ambayo ilitumiwa mapema katika mageuzi ya nyota. Mara nyingine tena, msingi wa ndani hautaweza kuzalisha nishati kupitia fusion. Mara nyingine tena, mvuto utachukua, na msingi utaanza kupungua tena. Tunaweza kufikiria mageuzi ya stellar kama hadithi ya mapambano ya mara kwa mara dhidi ya kuanguka kwa mvuto. Nyota inaweza kuepuka kuanguka kwa muda mrefu kama inaweza kugonga vyanzo vya nishati, lakini mara tu mafuta yoyote yanapotumiwa, inaanza kuanguka tena.

Hali ya nyota inafanana na mwisho wa hatua kuu ya mlolongo (wakati hidrojeni ya kati ilipotumiwa), lakini nyota sasa ina muundo wa kiasi fulani ngumu zaidi. Tena, msingi wa nyota huanza kuanguka chini ya uzito wake. Joto iliyotolewa na kushuka kwa msingi wa kaboni na oksijeni inapita ndani ya ganda la heliamu tu juu ya msingi. Heliamu hii, ambayo haikuwa moto wa kutosha kwa fusion ndani ya kaboni mapema, inawaka tu ya kutosha kwa fusion kuanza na kuzalisha mtiririko mpya wa nishati.

Mbali zaidi katika nyota, kuna pia ganda ambako hidrojeni safi imechomwa kwa kutosha kufyua heliamu. Nyota sasa ina muundo wa layered mbalimbali kama vitunguu: msingi wa kaboni-oksijeni, umezungukwa na ganda la fusion ya heliamu, safu ya heliamu, ganda la fusion ya hidrojeni, na hatimaye, tabaka za nje zilizopanuliwa za nyota (tazama Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kama nishati inapita nje kutoka shells mbili za fusion, mara nyingine tena mikoa ya nje ya nyota huanza kupanua. Kipindi chake kifupi cha utulivu kimekwisha; nyota inarudi kwenye uwanja wa nyekundu-giant kwenye mchoro wa H - R kwa muda mfupi (angalia Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Lakini hii ni kupasuka kwa muda mfupi na ya mwisho ya utukufu.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Tabaka ndani ya Low-Misa Star kabla ya Kifo. Hapa tunaona tabaka ndani ya nyota yenye masi ya awali ambayo ni chini ya mara mbili masi ya Jua. Hizi ni pamoja na, kutoka katikati ya nje, msingi wa kaboni-oksijeni, safu ya heliamu ya moto ya kutosha kwa fyuzi, safu ya heliamu baridi, safu ya hidrojeni ya moto ya kutosha kwa fyuzi, na kisha baridi hidrojeni zaidi.

Kumbuka kwamba mara ya mwisho nyota ilikuwa katika shida hii, fusion ya heliamu ilikuja kuwaokoa. Halijoto kwenye kituo cha nyota hatimaye ikawa moto wa kutosha kwa bidhaa ya hatua ya awali ya fusion (heliamu) kuwa fueli kwa hatua inayofuata (heliamu fusing katika kaboni). Lakini hatua baada ya fusion ya nuclei ya heliamu inahitaji joto la moto kiasi kwamba aina za nyota za chini (chini ya 2 raia wa jua) tunazozungumzia haziwezi kubana viini vyao kufikia. Hakuna aina zaidi za fusion zinazowezekana kwa nyota hiyo.

Katika nyota yenye masi inayofanana na ile ya Jua, uundaji wa msingi wa kaboni-oksijeni hivyo huashiria mwisho wa kizazi cha nishati ya nyuklia katikati ya nyota. Nyota lazima sasa kukabiliana na ukweli kwamba kifo chake ni karibu. Tutajadili jinsi nyota kama hizi zinavyomaliza maisha yao katika The Death of Stars, lakini wakati huo huo, Jedwali\(\PageIndex{1}\) linafupisha hatua zilizojadiliwa hadi sasa katika maisha ya nyota yenye masi sawa na ile ya Jua. Jambo moja linalotupa ujasiri katika mahesabu yetu ya mageuzi ya nyota ni kwamba tunapofanya michoro za H—R za makundi ya zamani, kwa kweli tunaona nyota katika kila hatua ambazo tumekuwa tukizungumzia.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Mageuzi ya Nyota yenye Misa ya Jua

Hatua	Muda katika Hatua hii (miaka)	Joto la uso (K)	Mwangaza (\(L_{\text{Sun}}\))	Kipenyo (Jua = 1)
Mlolongo kuu	Bilioni 11	6000	\ (L_ {\ text {Sun}}\))” style="wima align:katikati; "> 1	1
Inakuwa nyekundu giant	Bilioni 1.3	3100 kwa kiwango cha chini	\ (L_ {\ text {Sun}}\))” style="wima align:katikati; "> 2300 kwa kiwango cha juu	165
Heliamu fusion	Milioni 100	4800	\ (L_ {\ text {Sun}}\))” style="wima align:katikati; "> 50	10
Giant tena	Milioni 20	3100	\ (L_ {\ text {Sun}}\))” style="wima align:katikati; "> 5200	180

Kupoteza Misa kutoka Nyota nyekundu-kubwa na Uundaji wa Nebulae ya Sayari

Nyota zinapoinuka hadi kuwa giant nyekundu zina radii kubwa sana na hivyo kasi ya kutoroka chini. ^{Shinikizo la mionzi, vurugu vya nyota, na matukio ya vurugu kama flash ya heliamu yanaweza kuendesha atomi katika anga ya nje mbali na nyota, na kusababisha kupoteza sehemu kubwa ya masi yake katika anga.} Wanaastronomia wanakadiria kwamba kufikia wakati nyota kama Jua inakaribia nukta ya flash ya heliamu, kwa mfano, itakuwa imepoteza kiasi cha 25% ya masi yake. Na inaweza kupoteza molekuli zaidi wakati inapanda tawi nyekundu-giant kwa mara ya pili. Matokeo yake, nyota za kuzeeka zimezungukwa na maganda moja au zaidi yanayopanua ya gesi, kila moja yenye kiasi cha 10-20% ya masi ya Jua (au 0.1—0.2\(M_{\text{Sun}}\)).

Wakati kizazi cha nishati ya nyuklia katika msingi wa kaboni-oksijeni kinakoma, msingi wa nyota huanza kushuka tena na kuwaka kama inapopata zaidi na zaidi. (Kumbuka kwamba ukandamizaji huu hautasitishwa na aina nyingine ya fusion katika nyota hizi za chini.) Nyota nzima inafuatia pamoja, kushuka na pia kuwa joto la joto sana—kufikia joto la uso kama juu kama 100,000 K. nyota hizo za moto ni vyanzo vikali sana vya upepo wa nyota na mionzi ya ultraviolet, ambayo hufagia nje ndani ya maganda ya nyenzo zilizoondolewa wakati nyota ilikuwa kubwa nyekundu. Upepo na mionzi ya ultraviolet hupunguza shells, ionize yao, na kuwaweka aglow (kama vile mionzi ya ultraviolet kutoka moto, nyota vijana hutoa mikoa H II; tazama Kati ya Stars: Gesi na vumbi katika nafasi).

Matokeo yake ni kuundwa kwa baadhi ya vitu vyema zaidi katika ulimwengu (angalia nyumba ya sanaa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{3}\) na thumbnail ya sura). Vitu hivi vilipewa jina la kupotosha sana wakati wa kwanza kupatikana katika karne ya kumi na nane: nebulae ya sayari. Jina limetokana na ukweli kwamba nebulae chache ya sayari, inapotazamwa kupitia darubini ndogo, ina umbo la pande zote linalozaa kufanana juu na sayari. Kweli, hawana uhusiano wowote na sayari, lakini mara majina yamewekwa katika matumizi ya kawaida katika astronomy, ni vigumu sana kubadili. Kuna makumi ya maelfu ya nebulae ya sayari katika Galaxy yetu wenyewe, ingawa wengi hufichwa kutoka kwa mtazamo kwa sababu mwanga wao unafyonzwa na vumbi vya interstellar.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Nyumba ya sanaa ya Sayari Nebulae Mfululizo huu wa picha nzuri zinazoonyesha nebulae zenye kusisimua za sayari zinaonyesha uwezo wa darubini ya Hubble Space. (a) Labda nebula inayojulikana zaidi ya sayari ni Nebula ya Ring (M57), iliyopo karibu miaka ya nuru 2000 mbali katika kundinyota ya Lyra. Pete ni takriban kipenyo cha mwaka wa nuru 1, na nyota ya kati ina halijoto ya takriban 120,000 °C Uchunguzi wa makini wa picha hii umeonyesha wanasayansi kuwa, badala ya kutazama ganda la tufe karibu na nyota hii inayokufa, tunaweza kuwa tukiangalia chini pipa la bomba au koni. Eneo la buluu linaonyesha chafu kutoka heliamu ya moto sana, ambayo iko karibu sana na nyota; kanda nyekundu hutenganisha chafu kutoka nitrojeni ionized, ambayo hung'ara na gesi ya baridi zaidi mbali na nyota; na eneo la kijani linawakilisha chafu ya oksijeni, ambayo huzalishwa kwa joto la kati na ni katika umbali wa kati kutoka nyota. (b) Nebula hii ya sayari, M2-9, ni mfano wa nebula ya kipepeo. Nyota kuu (ambayo ni sehemu ya mfumo wa binary) imejenga molekuli preferentially katika pande mbili kinyume. Katika picha zingine, disk, perpendicular kwa mito miwili ndefu ya gesi, inaweza kuonekana karibu na nyota mbili katikati. Upungufu wa stellar ambao ulisababisha kufukuzwa kwa suala ulifanyika miaka 1200 iliyopita. Oksijeni ya neutral inavyoonekana katika nitrojeni nyekundu, mara moja-ionized katika kijani, na oksijeni mara mbili-ionized katika bluu. Nebula ya sayari iko umbali wa miaka ya nuru 2100 katika kundinyota ya Ophiuchus. (c) Katika picha hii ya nebula ya sayari NGC 6751, mikoa ya bluu inaashiria gesi ya moto zaidi, ambayo huunda pete karibu na nyota kuu. Mikoa ya machungwa na nyekundu inaonyesha maeneo ya gesi ya baridi. Asili ya streamers hizi za baridi haijulikani, lakini maumbo yao yanaonyesha kwamba wanaathiriwa na mionzi na upepo wa stellar kutoka nyota ya moto katikati. Halijoto ya nyota ni takriban 140,000 °C Kipenyo cha nebula ni takriban mara 600 kubwa kuliko kipenyo cha mfumo wetu wa jua. Nebula iko umbali wa miaka ya nuru 6500 katika kundinyota ya Aquila. (d) Picha hii ya nebula ya sayari NGC 7027 inaonyesha hatua kadhaa za kupoteza kwa wingi. Makombora yenye rangi ya bluu yenye kukata tamaa yanayozunguka eneo la kati yanatambua masi iliyokuwa ikimwagika polepole kutoka kwenye uso wa nyota ilipokuwa giant nyekundu. Baadhi ya baadaye, tabaka za nje zilizobaki ziliondolewa lakini si kwa njia ya spherically symmetric. Mawingu mengi yaliyoundwa na ejection hii ya marehemu huzalisha mikoa ya ndani ya mkali. Nyota ya moto ya kati inaweza kuonekana dhaifu karibu na katikati ya nebulosity. NGC 7027 ni karibu miaka ya nuru 3000 mbali katika mwelekeo wa kundinyota ya Cygnus.

Kama Kielelezo\(\PageIndex{3}\) kinaonyesha, wakati mwingine nebula ya sayari inaonekana kuwa pete rahisi. Wengine wana maganda kukata tamaa jirani pete mkali, ambayo ni ushahidi kwamba kulikuwa na matukio mbalimbali ya kupoteza wingi wakati nyota ilikuwa kubwa nyekundu (angalia picha (d) katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Katika matukio machache, tunaona lobes mbili za suala linalozunguka kwa njia tofauti. Wanaastronomia wengi wanafikiri kwamba idadi kubwa ya nebulae ya sayari kimsingi inajumuisha muundo huo, lakini kwamba sura tunayoona inategemea angle ya kutazama (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Kwa mujibu wa wazo hili, nyota inayokufa imezungukwa na disk yenye mnene sana, yenye umbo la donut. (Wanadharia bado hawana ufafanuzi wa uhakika kwa nini nyota inayokufa inapaswa kuzalisha pete hii, lakini wengi wanaamini kwamba nyota za binary, ambazo ni za kawaida, zinahusika.)

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Model kueleza Maumbo tofauti ya Nebulae Planetary. Aina mbalimbali za maumbo tofauti tunazoziona kati ya nebulae ya sayari zinaweza, mara nyingi, kutokea kwa sura moja ya kijiometri, lakini huonekana kutoka kwa maelekezo mbalimbali ya kutazama. Umbo la msingi ni nyota ya moto ya kati inayozungukwa na torasi nene (au diski yenye umbo la donati) ya gesi. Upepo wa nyota hauwezi kutiririka angani kwa urahisi sana katika mwelekeo wa torus, lakini unaweza kutoroka kwa uhuru zaidi katika pande mbili perpendicular kwa hiyo. Ikiwa tunaona nebula kwenye mwelekeo wa mtiririko (Helix Nebula), itaonekana karibu mviringo (kama kuangalia moja kwa moja chini kwenye koni tupu ya barafu). Ikiwa tunaangalia kando ya equator ya torus, tunaona nje zote mbili na sura iliyopigwa sana (Hubble 5). Utafiti wa sasa kuhusu nebulae ya sayari unazingatia sababu za kuwa na torus kuzunguka nyota katika nafasi ya kwanza. Wanaastronomia wengi wanaonyesha kuwa sababu kuu inaweza kuwa kwamba nyota nyingi za kati ni nyota za binary zilizo karibu, badala ya nyota moja.

Wakati nyota inaendelea kupoteza masi, gesi yoyote isiyo na mnene inayoacha nyota haiwezi kupenya torus, lakini gesi inaweza kutiririka nje kwa pande perpendicular kwa diski. Ikiwa tunaangalia perpendicular kwa mwelekeo wa outflow, tunaona disk na wote wa mtiririko wa nje. Ikiwa tunaangalia “chini ya pipa” na ndani ya mtiririko, tunaona pete. Katika pembe za kati, tunaweza kuona miundo ya ajabu sana. Linganisha maoni katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\) na picha katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\).

Maganda ya nebula ya sayari kwa kawaida yanapanuka kwa kasi ya kilomita 20—30, na nebula ya kawaida ya sayari ina kipenyo cha takriban mwaka wa nuru 1. Ikiwa tunadhani kwamba ganda la gesi limeongezeka kwa kasi ya mara kwa mara, tunaweza kuhesabu kwamba maganda ya nebulae yote ya sayari inayoonekana kwetu yalitupwa ndani ya miaka 50,000 iliyopita kwa zaidi. Baada ya kiasi hiki cha muda, shells zimepanua sana kiasi kwamba ni nyembamba sana na zinaonekana kuonekana. Hiyo ni muda mfupi sana kwamba kila nebula ya sayari inaweza kuzingatiwa (ikilinganishwa na maisha yote ya nyota). Kutokana na idadi ya nebulae hiyo tunayoyaona hata hivyo, ni lazima tuhitimishe kwamba sehemu kubwa ya nyota zote zinabadilika kupitia awamu ya nebula ya sayari. Kwa kuwa tumeona kwamba nyota za chini ni za kawaida zaidi kuliko nyota zenye masi kubwa, hii inathibitisha mtazamo wetu wa nebulae ya sayari kama aina ya “pigo la mwisho” la mageuzi ya nyota ya chini.

Cosmic Usaf

Kupoteza kwa wingi kwa nyota zinazokufa ni hatua muhimu katika mpango mkubwa wa kuchakata cosmic tuliyojadiliwa katika Kati ya Stars: Gesi na Vumbi katika anga. Kumbuka kwamba nyota zinatokana na mawingu makubwa ya gesi na vumbi. Wanapomaliza maisha yao, nyota zinarudi sehemu ya gesi yao kwenye mabwawa ya galactic ya malighafi. Hatimaye, baadhi ya nyenzo zilizofukuzwa kutoka nyota za kuzeeka zitashiriki katika kuundwa kwa mifumo mpya ya nyota.

Hata hivyo, atomi zilizorejea galaksi kwa nyota ya kuzeeka si lazima zile zile ambazo zilipokea awali. Nyota, baada ya yote, imeunganisha hidrojeni na heliamu ili kuunda elementi mpya wakati wa maisha yake. Na wakati wa hatua nyekundu-kubwa, nyenzo kutoka mikoa ya kati ya nyota zinatengenezwa na kuchanganywa na tabaka zake za nje, ambazo zinaweza kusababisha athari zaidi za nyuklia na kuunda vipengele vipya zaidi. Matokeo yake, upepo unaopiga nje kutoka nyota hizo ni pamoja na atomi ambazo “zilipigwa hivi karibuni” ndani ya viini vya nyota. (Kama tutakavyoona, utaratibu huu una ufanisi zaidi kwa nyota za juu, lakini hufanya kazi kwa nyota zilizo na wingi kama ule wa Jua.) Kwa njia hii, malighafi ya Galaxy haipatikani tu lakini pia hupokea infusions ya vipengele vipya. Unaweza kusema mpango huu wa kuchakata cosmic inaruhusu ulimwengu kupata zaidi “kuvutia” wakati wote.

jua kubwa nyekundu na hatima ya dunia

Je, mageuzi ya Jua yataathirije hali duniani baadaye? Ingawa Jua limeonekana kwa kiasi kikubwa katika ukubwa na uangavu juu ya historia ya binadamu iliyoandikwa, muda mfupi huo haumaanishi kitu ikilinganishwa na nyakati ambazo tumekuwa tukizungumzia. Hebu tuchunguze matarajio ya muda mrefu ya sayari yetu.

Jua lilichukua nafasi yake kwenye mlolongo mkuu wa umri wa sifuri takriban miaka bilioni 4.5 iliyopita. Wakati huo, ilitoa tu asilimia 70 ya nishati ambayo huangaza leo. Mtu anaweza kutarajia kwamba Dunia ingekuwa baridi zaidi kuliko ilivyo sasa, na bahari zimehifadhiwa imara. Lakini kama hii ingekuwa kesi, itakuwa vigumu kueleza kwa nini aina rahisi za maisha zilikuwepo wakati Dunia ilikuwa chini ya miaka bilioni. Wanasayansi sasa wanafikiri kwamba maelezo yanaweza kuwa kwamba dioksidi kaboni zaidi ilikuwapo katika anga ya dunia wakati ilikuwa mdogo, na kwamba athari kubwa ya chafu iliweka joto la Dunia. (Katika athari ya chafu, gesi kama dioksidi kaboni au mvuke wa maji huruhusu mwanga wa Jua kuingia lakini haziruhusu mionzi ya infrared kutoka ardhini kutoroka tena angani, hivyo joto karibu na uso wa Dunia huongezeka.)

Dioksidi kaboni katika angahewa ya Dunia imeshuka kwa kasi kwani Jua limeongezeka kwa mwangaza. Kama jua kali huongeza joto la Dunia, miamba ya hali ya hewa kwa kasi na kuguswa na dioksidi kaboni, kuiondoa kutoka angahewa. Jua la joto na athari dhaifu ya chafu zimeweka Dunia kwa joto la karibu mara kwa mara kwa sehemu kubwa ya maisha yake. Bahati mbaya hii ya ajabu, ambayo imesababisha hali nzuri ya hali ya hewa, imekuwa muhimu katika maendeleo ya aina nyingi za maisha katika sayari yetu.

Kutokana na mabadiliko yanayosababishwa na kujengwa kwa heliamu katika msingi wake, Jua litaendelea kuongezeka kwa mwangaza kadiri inavyokua zaidi, na mionzi zaidi na zaidi itafikia Dunia. Kwa muda, kiasi cha dioksidi kaboni kitaendelea kupungua. (Kumbuka kuwa athari hii inakabiliana na ongezeko la dioksidi kaboni kutokana na shughuli za binadamu, lakini kwa muda mwingi sana wa polepole ili kurekebisha mabadiliko ya hali ya hewa ambayo yanaweza kutokea katika miaka 100 ijayo.)

Hatimaye, inapokanzwa kwa Dunia kutayeyuka kofia za polar na kuongeza uvukizi wa bahari. Mvuke wa maji pia ni gesi yenye ufanisi wa chafu na itakuwa zaidi ya fidia kwa kupungua kwa dioksidi kaboni. Hivi karibuni au baadaye (mifano ya anga bado si nzuri ya kutosha kusema wakati, lakini makadirio yanaanzia milioni 500 hadi miaka bilioni 2), mvuke wa maji ulioongezeka utasababisha athari ya chafu ya kukimbia.

Kuhusu miaka bilioni 1 tangu sasa, Dunia itapoteza mvuke wake wa maji. Katika anga ya juu, jua litavunja mvuke wa maji kuwa hidrojeni, na atomi za hidrojeni zinazohamia haraka zitatoroka katika anga la nje. Kama Humpty Dumpty, molekuli za maji haziwezi kuunganishwa tena. Dunia itaanza kufanana na Venus ya leo, na joto litakuwa kubwa mno kwa maisha kama tunavyoijua.

Yote haya yatatokea kabla ya Jua hata kuwa giant nyekundu. Kisha habari mbaya huanza. Jua, linapoenea, litameza Mercury na Venus, na msuguano na anga ya nje ya nyota zetu zitaifanya sayari hizi zioneke ndani mpaka zitakapovuliwa kabisa. Si wazi kabisa kama Dunia itaepuka hatima sawa. Kama ilivyoelezwa katika sura hii, Jua litapoteza baadhi ya masi yake kama inakuwa giant nyekundu. Kuvuta mvuto wa Jua hupungua wakati unapoteza molekuli. Matokeo yake ni kwamba kipenyo cha obiti ya Dunia kingeongezeka (kumbuka sheria ya tatu ya Kepler). Hata hivyo, mahesabu ya hivi karibuni yanaonyesha pia kwamba majeshi kutokana na mawimbi yaliyofufuliwa kwenye Jua na Dunia yatatenda katika mwelekeo kinyume, na kusababisha obiti ya Dunia kushuka. Kwa hiyo, wataalamu wengi wa astrophysicists wanahitimisha kwamba Dunia itakuwa vaporized pamoja na Mercury na Venus. Ikiwa utabiri huu mbaya ni wa kweli, kuna shaka kidogo kwamba maisha yote duniani hakika yatateketezwa. Lakini usipoteze usingizi wowote juu ya hili-tunazungumzia kuhusu matukio ambayo yatatokea mabilioni ya miaka kuanzia sasa.

Je, ni matarajio gani ya kuhifadhi maisha ya Dunia kama tunavyoijua? Mkakati wa kwanza unaweza kufikiria itakuwa kuhamisha ubinadamu kwenye sayari ya mbali zaidi na ya baridi. Hata hivyo, mahesabu yanaonyesha kuwa kuna muda mrefu (miaka milioni mia kadhaa) wakati hakuna sayari inayofaa. Kwa mfano, Dunia inakuwa mbali sana joto kwa maisha muda mrefu kabla ya Mars warms up kutosha.

Njia mbadala bora inaweza kuwa kuhamisha Dunia nzima kuendelea mbali zaidi na Jua. Wazo ni kutumia mvuto kwa namna hiyohiyo NASA imeitumia kutuma chombo cha angani kwa sayari za mbali. Wakati chombo cha angani kinapozunguka karibu na sayari, mwendo wa sayari unaweza kutumika kuharakisha chombo cha angani, kupunguza kasi, au kuielekeza. Mahesabu yanaonyesha kwamba kama tungeelekeza asteroid ili iweze tu obiti sahihi kati ya Dunia na Jupiter, inaweza kuhamisha nishati orbital kutoka Jupiter hadi Dunia na kusonga Dunia polepole nje, kutuvuta mbali na Jua lililopanua kwenye kila kuruka. Kwa kuwa tuna mamia ya mamilioni ya miaka kubadili obiti ya Dunia, athari za kila flyby hazihitaji kuwa kubwa. (Bila shaka, watu kuongoza asteroid alikuwa bora kupata obiti hasa haki na si kusababisha asteroid hit Dunia.)

Inaweza kuonekana kuwa mambo kufikiri juu ya miradi ya kuhamisha sayari nzima kwenye obiti tofauti. Lakini kumbuka kwamba tunazungumzia juu ya siku zijazo za mbali. Ikiwa, kwa muujiza fulani, wanadamu wanaweza kushirikiana kwa wakati huo wote na hawajipiga wenyewe kwa bits, teknolojia yetu inawezekana kuwa ya kisasa zaidi kuliko ilivyo leo. Pia inaweza kuwa kwamba kama binadamu kuishi kwa mamia ya mamilioni ya miaka, tunaweza kuenea kwa sayari au makazi karibu na nyota nyingine. Hakika, Dunia, kwa wakati huo, inaweza kuwa dunia ya makumbusho ambayo vijana kutoka sayari nyingine wanarudi kujifunza kuhusu asili ya aina zetu. Inawezekana pia kwamba mageuzi yatakuwa na wakati huo yamebadilisha kwa njia ambazo zinatuwezesha kuishi katika mazingira tofauti sana. Je, sio kusisimua kuona jinsi hadithi ya wanadamu inavyogeuka baada ya mabilioni yote ya miaka?

Dhana muhimu na Muhtasari

Baada ya nyota kuwa magimba mekuNDU, hatimaye viini vyao huwa moto wa kutosha kuzalisha nishati kwa fusing heliamu kuunda kaboni (na wakati mwingine kidogo ya oksijeni.) Fusion ya nuclei tatu za heliamu hutoa kaboni kupitia mchakato wa mara tatu-alpha. Mwanzo wa haraka wa fusion ya heliamu katika msingi wa nyota ya chini ya molekuli inaitwa flash ya heliamu. Baada ya hayo nyota inakuwa imara na inapunguza mwanga na ukubwa wake kwa ufupi. Katika nyota zilizo na raia karibu mara mbili ya wingi wa Jua au chini, fusion inacha baada ya heliamu katika msingi imechoka. Fusion ya hidrojeni na heli katika maganda yanayozunguka kiini cha kuambukizwa hufanya nyota kuwa giant nyekundu nyekundu tena, lakini kwa muda tu. Wakati nyota ni giant jekuNDU, inaweza kumwaga tabaka zake za nje na hivyo kufungua tabaka za ndani za moto. Nebulae ya sayari (ambayo haihusiani na sayari) ni maganda ya gesi yanayoondolewa na nyota hizo, iliyowekwa inang'aa na mionzi ya ultraviolet ya nyota ya kati inayokufa.

maelezo ya chini

¹ Kumbuka kwamba nguvu ya mvuto inategemea si tu juu ya wingi kufanya kuunganisha, lakini pia umbali wetu kutoka katikati ya mvuto. Kama nyota kubwa nyekundu inapata kubwa sana, hatua juu ya uso wa nyota sasa iko mbali zaidi kutoka katikati, na hivyo ina mvuto mdogo. Ndiyo sababu kasi inayohitajika kutoroka nyota inakwenda chini.

faharasa

heliamu flash

moto wa karibu wa heliamu katika mchakato wa alpha mara tatu-alpha katika kiini kikubwa cha nyota nyekundu kubwa

nebula ya sayari

ganda la gesi lililochomwa na kupanua mbali na nyota yenye joto kali sana ambayo inakaribia mwisho wa maisha yake (nebulae inaangaza kwa sababu ya nishati ya ultra-violet ya nyota ya kati)

mchakato wa tatu-alpha

majibu ya nyuklia ambayo nuclei tatu za heliamu hujengwa (fused) katika kiini kimoja cha kaboni