حياة النجوم، كيف تُولد؟ وكيف تموت؟

ميلاد النجوم

بعد الانفجار العظيم (Big Bang) بحوالي 300 ألف سنة تشكلت ذرات الهيدروجين والهليوم المستقرة، وبشكل تدريجي بدأت هذه الذرات في التجمع على شكل سُحب غبارية تُدعى السُدُم، وعلى مدى 300 مليون سنة نمت هذه السدم أكثر وبدأت تجذب الذرات أكثر وأكثر ما أدى تكثفها أكثر وزيادة حرارتها.
في نهاية المطاف أصبح مركز هذه الغيوم السديمية ساخنا جدا وكثيفا لدرجة أنه انفجر على شكل تفاعل نووي هائل، وبدأت ذرات الهيدروجين بالاندماج مع بعضها البعض متحولة إلى هيدروجين ومنتجة معها كمية كبيرة من الحرارة، والغيوم السديمية تحولت إلى كرات مشتعلة من النار، وتلك كانت ميلاد أولى النجوم.

حياة النجوم
بعد الانفجار الكبير، فقط العناصر الكيميائية البسيطة مثل الهيدروجين والهليوم كانت موجودة، هذا يجعلنا نطرح سؤالا ألا وهو: من أين أتت العناصر الكيميائية الأخرى مثل الكربون والأكسجين...؟

الجوب يكمن داخل النجوم، حيث أن النجوم طوال حياتها تعمل كمصانع للذرات في عملية تُدعى "التأليف النووي" "Nucleosynthesis"، حيث يتم في البدأ تحول الهيدروجين إلى هليوم وبعد أن ينفذ الهيدروجين يبدأ الهليوم بالتحول إلى كربون وهكذا... ويتم ذلك عبر الاندماج النووي وليس الانشطار النووي كما يحدث في المفاعلات النووية على الأرض.

الانشطار النووي هو تشظية ذرات ثقيلة مثل ذرة اليورانيوم عبر قذفها بنترون في أغلب الأحيان، ويكون الناتج ذرتان أخف + نوترونين أو ثلاثة. وكمثال فإنه عند قذف ذرة يورانيوم 235 بنوترون يُمكن أني ينتج التالي: الكر يبتون 91 والباريوم 142 + ثلاثة نوترونات، وكذلك يُمكن أن ينتج سترونتيوم 94 إكزينيون 140 + نوترونين.
الاندماج النووي هو التحام ذرتين خفيفتين ويكون الناتج ذرة أثقل، فمثلا ينتج الهليوم وهو ذرة أثقل من الهيدروجين، عبر اندماج الهيدروجين 2 (أو ما يُعرف بالدوتريوم) مع الهيدروجين 3 (أو ما يعرف بالثريتيوم) وكذلك ينتج نوترون واحد عن هذا الاندماج هنا. وفي حالات أخرى تنتج فوتونات ذات موجات قصيرة وطاقة عالية...

ملحوظة: الذرة الخفيفة أو البسيطة هي التي تحتوي على عدد بروتونات أقل والثقيلة هي التي تحتوي على عدد بروتونات أكثر (ما يُعرف بالعدد الذري)، فمثلا: عدد بروتونات اليورانيوم هو 92 بينما عدد بروتونات الهيدروجين هو 1 والهليوم هو 2 والكربون هو 6.

إن النجوم الحديثة الولادة (نسبيا) يبدأ فيها (كما ذكرت أعلاه) اندماج الهيدروجين إلى هليوم وبعد ذلك تندمج ذرات الهليوم مكونة ذرات الكربون وبعد أن ينفذ الهليوم يبدأ الكربون في الاندماج وينتج الأوكسجين، ويستمر هذا التطور الاندماجي من الأخف إلى الأثقل ثم الأثقل... حتى يموت النجم، وشمسنا ستتوقف عند حد اندماج الكربون وتكوين الأوكسجين عندها ستموت، بينما نجوم أخرى أكبر ستستمر في إنتاج عناصر أثقل إلى حد إنتاج الحديد والذي عدده الذري 26، وهذا هو أقصى حد يُمكن للاندماج النووي بلوغه داخل النجوم.

إذا كان الحديد هو أقصى حد يُمكن بلوغه في النجوم فكيف تتكون العناصر الأثقل من الحديد مثل الكوبلت وعدده الذري 27، وذرات الذهب وعددها الذري 79...؟ الجواب هو أنها تنتج خلال انفجارات "المستعرات العظمى" وهذه الانفجارات هي موت النجوم الهائلة.


موت النجوم
موت النجوم يتوقف على كمية المادة الموجودة فيها فكلما كانت أكبر كلما ماتت أسرع، نعم لم تخطؤوا القراءة ولم أخطئ أنا في الكتابة، كلما كان النجم أكبر كلما مات أسرع وسبب ذلك هو أن وجود مادة أكثر يعني حرارة أكبر وإذا كانت الحرارة كبيرة فذلك يعني زيادة استهلاك مادة النجم.

أقرب نجم إلينا هو الشمس (شمسنا)، سينفذ الهيدروجين منها خلال 4 مليار سنة، عند ذلك سينهار قلب الشمس تحت قوة جاذبيته، وفي نفس الوقت الغلاف الجوي للشمس سيصبح غير مستقر وعندها سيبدأ في التوسع لتتحول الشمس إلى نجم عملاق أحمر هائل. وهذا ليس بالأمر الجيد بالنسبة للأرض وللكواكب القريبة من الشمس مثل عطارد والزهرة، فهذان الأخيران سيبتلعهما توسع الشمس، بينما ستتبخر الأرض بالكامل وكل الحياة الموجود عليها ستنتهي. لكن الجيد في الأمر هو أن لدى البشر بضعة مليارات سنة لإيجاد كواكب أخرى صالحة للحياة البشرية والانتقال للعيش فيها. طبعا هنا لا أتحدث عنا نحن ولا الجيل القادم ولا الذي بعده... إنها أربع مليارات من السنين.

كنجم متوسط الحجم فإن الشمس خلال مليارات السنين بعد نفاذ الهيدروجين ستبدأ ذرات الهليوم بالاندماج منتجا ذرات الكربون وعندما ينفذ الهليوم سينهار قلب الشمس مرة أخرى على نفس بفعل جاذبيته وسينتفخ غلافها الجوي أكثر. وبما أن الشمس ليست بالكبر الكافي لتعيد تشغيل قلبها من جديد فإنها ستستمر في التوسع مشتتة بذلك غلافها الجوي في سلسلة من الانفجارات. سيتحول بعد ذلك قلب الشمس إلى "قزم أبيض" وذلك يعني أنه سيُصبح كرة ماسية في حجم الأرض، تكون مكونة من الكربون والأوكسجين، وابتدءاً من هذه النقطة ستبهت الشمس، وتبدأ تدريجيا بالخفوت أكثر وأكثر إلى أن يزول ضياؤها بالكامل.

شعرت بالأسى على الشمس في هذه اللحظة، ماذا عنكم يا ترى؟

كان هذا في ما يخص شمسنا والتي كما سبق وذكرت في الأعلى نجمة متوسطة الحجم نسبيا، لكن فيما يخص نجوما أكبر ببضع مرات من الشمس، فإنها تُسرع أكثر نحو إنهاء مخزونها من المادة، وعندما يحدث ذلك ستنتج موجة اهتزاز هائلة جدا من كل أنحاء النجم، الأمر الذي سيرفع درجة الحرارة حوالي مليار درجة مئوية، وعندها تنفجر كانفجار هائل "Supernova"، ويظهر وميض هذا الانفجار كوميض مجرة بأكملها، ويترك النجم خلفه نجما "نوترونيا" (تعرف على النجم النوتروني في الفصل الآتي من هذه المقالة).

ماذا عن نجوم هي أكبر من الشمس بعشرين مرة من الشمس؟
هذه النجوم العملاقة لا تتوقف عن الانهيار على نفسها بفعل جاذبيتها وحتى بعد أن تصل إلى مرحلة "القزم الأبيض" فإنها تستمر في الانخساف، ولا توجد قوة في الكون تستطيع أن توقفها عن ذلك، وتستمر في ذلك حتى تنفجر، وعندما يحدث ذلك فإنها تحني أو تثقب نسيج الفضاء والزمن معلنة بذلك ميلاد نقاط رعب هذا الكون، ميلاد الثقوب السوداء.

ولادة النجوم وموتها مازال يجري إلى يومنا هذا، وفي هذه اللحظة التي تقرؤون فيها هذه الأسطر، تتكون نجوم وتموت أُخَر في كل أنحاء هذا الكون...