نجوم السلسلة مابعد الرئيسية (العملاقة الحمر)

نجوم السلسة الرئيسية




تقضي النجوم حوالي 90 % من عمرها في دمج الهيدروجين
لإنتاج الهليوم في درجات حرارة وضغط عاليين في قلبها،
مثل هذه النجوم يطلق عليها نجوم السلسلة الرئيسية
وتسمى النجوم القزمة.




وهناك العديد من أنواع وأصناف النجوم، تلك التي
تحول الهيدروجين بشكل نشط إلى الهليوم في مركزها والتي
تسمى نجوم "السلسلة الرئيسية" أو نجوم التتابع
الرئيسي، (نجوم السلسلة الرئيسية أيضا يطلق عليها
"الأقزام" )، والسلسلة الرئيسية هي المرحلة الأولى بعد
ولادة النجم.




نجوم السلسلة الرئيسية لها تراكيب كيميائية مشابهة
لتركيب الشمس، النجم الأعلى كتلة في السلسلة الرئيسية
هو الأكبر في قطره والأعلى في درجة حرارته السطحية
وتتراوح الأبعاد من حوالي 5 % من حجم الشمس (التي هي
1.5 مليون كيلومتر - تقريبا 109 أرض) إلى حوالي عشرة
مرات من كتلة الشمس، ودرجات حرارة سطحية من حوالي 3000
درجة كيلفن إلى حوالي 50,000 كيلفن (سطح الشمس 5800
كيلفن).




في بداية عمر نجوم السلسلة الرئيسية، تزداد نسبة
الهليوم في قلب النجم بمعدلات ثابتة، وكنتيجة لذلك
ولكي تستمر النسبة المطلوبة للإنشطار النووي في القلب
درجة حرارة ولمعان النجم تزداد ببطء، والشمس على سبيل
المثال تقدر الدراسات أن لمعانها قد زاد حوالي 40 %
منذ أن وصلت إلى نجم في السلسلة الرئيسية قبل 4.6
بليون سنة.




كل نجم يولد رياح نجمية من الجزيئات التي تسبب فيضان
مستمر من الغاز إلى الفضاء. في أكثر النجوم كمية
الكتلة المفقودة تعتبر تافهة، الشمس تفقد 10⁻¹⁴
كتلة شمسية كل سنة، أي حوالي 0.01 % من كتلتها الكلية
خلال كامل فترة حياتها، والنجوم العملاقة يمكن أن تفقد
من 10⁻⁷ إلى 10⁻⁵ كتلة شمسية كل
سنة، يؤثر ذلك على تطورهم بشكل ملحوظ ، النجوم التي
تبدأ بأكثر من 50 كتلة شمسية يمكن أن تفقد نصف كتلتها
الكلية بينما مازالت ضمن السلسلة الرئيسية.




المدة التي يقضيها نجم في السلسلة الرئيسية تعتمد
أساسا على كمية الوقود التي يجب أن تحرقها والنسبة
التي يتم بها حرق هذا الوقود. بمعنى أخر، كتلته
الأولية ولمعانها. بالنسبة للشمس فإنها من المحتمل أن
تكون حوالي 10¹⁰ سنة. تحرق النجوم الكبيرة
وقودهم بسرعة كبيرة وهي ذات آجال قصيرة، اما النجوم
الصغيرة (المسماه الأقزام الحمر) فإنها تحرق وقودها
ببطء شديد وتدوم من عشرات إلى مئات البلايين من
السنين. وفي نهاية حياتها تصبح خافتة أكثر فأكثر،
متحولة إلى أقزام سود، وعلى كل حال وحيث أن فترة حياة
مثل تلك النجوم أكبر من العمر الحالي للكون (13.7
بليون سنة) فمن غير المتوقع إيجاد أقزام سود في الكون
حتى الآن.




إضافة إلى الكتلة، جزء من العناصر الأثقل من الهليوم
تلعب دور هاما في تطور النجوم، في علم الفلك تعتبر كل
العناصر التي هي أثقل من الهليوم تعتبر معدن، والتركيز
الكيميائي لهذه العناصر تسمى معدنية

metallicity.
والمعدنية يمكن أن تؤثر على المدة التي سيحرق فيها
النجم وقوده ويتحكم في تشكيل الحقول المغناطيسية ويؤثر
على قوة الرياح النجمية. النجوم الأقدم "الجيل الثاني
للنجوم" لها أساس معدني أقل من النجوم الأصغر، الجيل
الاول للنجوم وبسبب تركيب الغيوم الجزيئية التي تشكلت
منها وبمرور الوقت هذه الغيوم تصبح أغنى على نحو
متزايد في العناصر الثقلية عندما تموت النجوم الأقدم
ناثرة أجزاء من أغلفتها في الفضاء.




نجوم
السلسلة مابعد الرئيسية (العملاقة الحمر)




عندما يتحول الهليوم في مركز النجم إلى الكربون

أو الأكسجين، ينكمش المركز ثانية، ويبدأ الهليوم
بالتحول إلى الكربون والأكسجين في قشرة حول المركز،
هذه القشرة تكون قد أحيطت بالهيدروجين المتحول إلى
الهليوم، وينفتح الاثنان ويغلقان في تتابع. تزيد إضاءة
النجم ثانية ويتوسع لدرجة أكبر، ويصبح أبرد وأشد
إحمرارا بمستوي اكبر من ذي قبل، وبينما يزيد توهج
النجم يصبح غير مستقر ويبدأ في الانبضاض " اي يصدر
نبضات"، تلك النبضات تتفاوت أو تغير في سطوع النجم
ويصبح ضخم جدا ( تقريبا بحجم مدار الأرض حول الشمس او
اكثر من ذلك ) تلك النبضات ممكن أن تستغرق مدة سنة أو
أكثر ( أول نجم وجد في هذه الحالة هو ميرا في

Cetus)
والتغييرات
في مقدار
إضاءة النجم من الدرجة الثانية أو المقدار الثالث يقفز
إلى المقدار العاشر ويصبح غير واضح للعين المجردة، مثل
هذه النجوم ما يسمى الآن بنجوم "الفترة الطويلة " أو "
متغيرات ميرا".

تجمع النجوم المسمى M3 Image Credit Indiana University, NOAO

قزم ابيض

السهم يشير الى نجم قزم ابيض Sirius B

الدوائر تشير الى النجوم القزمة البيضاء في التجمع النجمي M 4

بقايا سوير نوفا ونجم نيتروني Image Credit ROSAT Project, NASA

عندما يتحول الهليوم في مركز النجم إلى الكربون

أو الأكسجين، ينكمش المركز ثانية، ويبدأ الهليوم
بالتحول إلى الكربون والأكسجين في قشرة حول المركز،
هذه القشرة تكون قد أحيطت بالهيدروجين المتحول إلى
الهليوم، وينفتح الاثنان ويغلقان في تتابع. تزيد إضاءة
النجم ثانية ويتوسع لدرجة أكبر، ويصبح أبرد وأشد
إحمرارا بمستوي اكبر من ذي قبل، وبينما يزيد توهج
النجم يصبح غير مستقر ويبدأ في الانبضاض " اي يصدر
نبضات"، تلك النبضات تتفاوت أو تغير في سطوع النجم
ويصبح ضخم جدا ( تقريبا بحجم مدار الأرض حول الشمس او
اكثر من ذلك ) تلك النبضات ممكن أن تستغرق مدة سنة أو
أكثر ( أول نجم وجد في هذه الحالة هو ميرا في

Cetus)
والتغييرات
في مقدار
إضاءة النجم من الدرجة الثانية أو المقدار الثالث يقفز
إلى المقدار العاشر ويصبح غير واضح للعين المجردة، مثل
هذه النجوم ما يسمى الآن بنجوم "الفترة الطويلة " أو "
متغيرات ميرا".




وتتم هذه العملية تبعا لكتلة النجم قبل البدء في
التحول ففي حالة النجوم التي كتلتها 0.4 كتلة شمسية
على الأقل فإنها تستنزف مخزونها من الهيدروجين في
القلب، وتتوسع طبقاتهم الخارجية وتبرد لتشكيل ما يعرف
بالعملاق الأحمر ( في غضون 5 بليون سنة وعندما تصبح
الشمس عملاق أحمر ستكون كبيرة جدا بحيث تلتهم كوكب
عطارد ومن المحتمل الزهرة أيضا، وتتنبأ النماذج أن
الشمس سوف تتوسع إلى حوالي 99 % من المسافة بينها وبين
مدار الأرض الحالي (وحدة فلكية واحدة أي حوالي 150
مليون كيلومتر) وفي ذلك الوقت فإن مدار الأرض سوف
يتوسع إلى حوالي 1.7 وحدة فلكية نظرا خسارة الكتلة
بتأثير الشمس وهكذا سوف تهرب الأرض من التغلغل داخل
الشمس إلا إنها سوف تخلو من محيطاتها وغلافها الجوي
بينما يزداد لمعان الشمس الالاف المرات)




وفي حالة العملاق الأحمر الذي هو بحدود 2.25 كتلة
شمسية، يستمر إنشطار الهيدروجين في الطبقة التي تحيط
بالقلب، وفي النهاية يضغط القلب بما يكفي لبدء إنشطار
الهليوم، وينكمش النجم بشكل تدريجي وتزداد درجة حرارته
السطحية، واما في النجوم الأكبر تتحول مباشرة منطقة
القلب من عملية دمج الهيدروجين إلى عملية دمج الهليوم،
وبعد أن يكون النجم قد إستهلك الهليوم في القلب، يستمر
الإنشطار في الطبقة التي حول القلب الحار المتكون من
الكربون والأكسجين، ثم يتبع النجم مسار أخر من التطور
الذي يشابه تطور النجوم الحمراء العملاقة، لكن في درجة
حرارة سطحية أعلى.




النجوم العملاقة




النجوم التي هي بحجم اقل او اكبر من الشمس ( تلك
الكتل من حوالي 0.8 مرة مثل الشمس إلى حوالي 10 مرات
الكتلة الشمسية ) عندما ينتهي منها الوقود الموجود في
قلب لك النجم، يتقلص قلبه المكون من الهليوم تحت تأثير
الجاذبية ويسخن ومن ثم يتمدد بتأثير إنشطار الهيدروجين
ويتحول إلى قشور حول مركزه المحترق، وينتج مزيدا من
الطاقة التي تزيد من لمعان النجم بشكل مؤقت ويتضاعف
حجم النجم مرات عديدة، ثم يبرد هذا التوسع محولا النجم
إلى تصنيف اخر وهو التصنيف

M
"عملاق أحمر"، وعندما تصل درجة الحرارة حول 100 مليون
درجة كيلفن، يكون الهليوم قد أصبخ ساخنا جدا بما يكفي
لحدوث عملية دمج بينة وبين الكربون. يوقف مصدر الطاقة
الجديد إنكماش القلب ويستقر النجم لفترة من الوقت،
وتخفت اضائته وتقل حرارته بعض الشيء على السطح، تصنف
نجوم دمج الهليوم بالعمالقة تصنيف

K.


أمثلة لذلك النجم الدبران
Al

Debaran
والنجم اركتوروس

Arcturus،
مثل تلك النجوم لها أقطار تصل لعشرات قطر شمسنا.
المراحل العملاقة واللاحقة للموت الفعلي للنجم (نهاية
الإنشطار النووي) يأخذ تقريبا 10 % من عمر النجم.




خلال مرحلة حرق الهليوم، النجوم ذات الكتل الكبيرة جدا
أكثر من تسعة كتل شمسية تتوسع لتشكيل عملاق أحمر،
وعندما بنتهي هذا الوقود في القلب، يمكن أن تتواصل
عملية دمج العناصر الأثقل من الهليوم، يتقلص القلب
وينكمش حتى تصل درجة الحرارة والضغط الى الدرجة
الكافية لدمج الكربون. هذه العملية تستمر مع تتابع
المراحل التي تدعم الأكسجين والنيون والسيليكون
والكبريت، وقرب نهاية حياة النجم يمكن أن يحدث
الإنشطار على طول سلسلة الطبقات التي تشبه طبقات البصل
ضمن النجم، كل طبقة تدمج عنصر مختلف والطبقة الابعد
تدمج الهيدروجين والتي تليها في البعد تدمج الهليوم
وهكذا.




وفي المرحلة النهائية وهي وصول النجم لإنتاج الحديد،
وحيث أن نواة الحديد تكون مرتبطة باحكام أكثر من أي
نواة أثقل أخرى، فإذا اندمجت فلا ينتج عنها طاقة بل
على العكس يستهلك طاقة. على نفس النمط، ولكونوهم
مرتبطين بإحكام أكثر من كل النوى الأخف، فإن الطاقة لا
يمكن أن تصدر بالإندماج في النجوم القديمة نسبيا
والهائلة جدا، وسيتجمع الحديد الخامد في مركز النجم.
العناصر الأثقل في هذه النجوم تأخذ طريقها صعودا إلى
السطح، منتجة أجسام متطورة والتي تعرف بنجوم وولف رايت

Wolf-Rayet
التي لديها ريح نجمية كثيفة والتي تتناثر في الفضار
الخارجي.




التصنيف النجمي




في بداية القرن العشرون قسم الفلكيون النجوم إلى سبع
مجموعات اعطوا الحروف الابجدية رمزا يتعلّق بدرجة
الحرارة السطحيّة.