تكون النجوم

قوى الاندماج النووى

في هذا الإطار، وقد أعطت نظرية النسبية الخاصة توضيحا عن العلاقة بين كتلة الجسم وطاقته (E = mc2). والكتلة هي كمية مصونة، أي لا تفنى ولا تستحدث من العدم كما هي الطاقة بالضبط.

وفي السياق ذاته، ميلاد النجوم هو حدث يومي كحدث فنائها والذي لا ينتهى دائما بعنف كما يتصور البعض، يحدث يوميا وفي كل مكان في كوننا الفسيح، إن كوننا المكون من 125 مليار مجرة في الكون المرئى فقط وكل واحدة من هذه المجرات تحتوي على عدد من النجوم يساوي في المتوسط 200 مليار نجمة.

وفي السياق ذاته، يحدث تفاعل الاندماج النووي عندما تتداخل نواتان ذريتان. ولكي يتم هذا التداخل، لا بد من أن تتخطى النواتان التنافر الحاصل بين شحنتيهما الموجبتين (و تعرف الظاهرة بالـحاجز الكولومبي). إذا ما طبقنا قواعد الميكانيكا الكلاسيكية وحدها، سيكون احتمال الحصول على اندماج الأنوية منخفضا للغاية، بسبب الطاقة الحركية (الموافقة للهيجان الحراري) العالية جدا اللازمة لتخطي الحاجز المذكور. وفي المقابل، تقترح ميكانيكا الكم _وهو ما تؤكده التجربة_ أن الحاجز الكولومبي يمكن تخطيه كذلك بظاهرة النفق الكمومي، بطاقات أكثر انخفاضا.

إضافةً إلى ذلك، ويمكن القول ان النجوم هي مفاعلات نووية عظيمة الحجم كل ما تفعله في حياتها كى تعيش هو أن تدمج ذرات لتحولها لذرات أخرى أكبر ويتحول جزء من الكتلة المفقودة إلى طاقة تخرج على صورة إشعاع وحرارة وجسيمات.

علاوةً على ذلك، النجم الذي يولد يصنف من نجوم المتسلسلة الرئيسية Main Sequence Star والذي يصفه رسم هرتزبرونغ-راسل الذي يصف ضياء النجم مع درجة حرارته ونوع طيفه، ونستطيع من خلاله التعرف على مصير النجم وحياته حتى موته.

إضافةً إلى ذلك، وبالرغم من ذلك، فإن الطاقة اللازمة للاندماج تبقى مرتفعة جداً، وهو ما يقابله حرارة أكثر من عشرات أو ربما مئات الملايين من الدرجات المئوية حسب طبيعة الأنوية. وفي داخل الشمس مثلًا، يجري تفاعل اندماج الهيدروجين المؤين عبر مراحل إلى تولد الهليوم، في ظل حرارة تقدر ب15 مليون درجة مئوية إلى 17 مليون درجة مئوية، ويحدث ذلك ضمن عدة تفاعلات مختلفة تنتج عنها حرارة الشمس.

وعلى صعيد آخر، الاندماج النووي عملية تتجمع فيها نواتان ذريتان لتكوين نواة واحدة. ويلعب اندماج الأنوية الخفيفة مثل البروتون وهو نواة ذرة الهيدروجين والديوترون نواة الهيدروجين الثقيلوالتريتيوم دوراً هائلاً في الكون، حيث ينطلق خلال هذا الاندماج كمية هائلة من الطاقة تظهر على شكل حرارة وإشعاع كما يحدث في الشمس؛ فتمدنا بالحرارة والنور والحياة. فبدون هذا التفاعل ما وُجدت الشمس وما وُجدت النجوم، ولا حياة من دون تلك الطاقة المسماة طاقة الاندماج النووي. وتنتج تلك الطاقة الهائلة عن نقص في وزن النواة الناتجة عن الاندماج النووي، وهذا النقص في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقاً لمعادلة ألبرت أينشتاين التي توضح العلاقة بين الكتلة والطاقة.

من جانب آخر، وعندما تتساوى القوتان ويستقر النجم تحت تأثير القوى المسيطرة عليه يتكون لدينا نجم وليد، ولد من كميات هائلة من الغبار والهيدروجين.

التعريف الأول

ومن جهة أخرى، قانون الجاذبية العام لنيوتن: أن كل جسم يجذب جسما آخر في الكون بقوة عبر الخط الواصل بين مركزي الجسمين. شدتها تتناسب طرديًا مع كتلتيهما وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما. وصفها نيوتن ووضع لها معادلة ناجحة جدا في وصفها.

بدء الاندماج النووي وتكون النجم الأولي

في هذا الإطار، وسرعان ما تزداد عملية اندماج الهيدروجين (تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل) مكونة غاز الهيليوم مع حرارة وضوء ناتجة من مخلفات التفاعل، وتتوجه الطاقة الناتجة من التفاعلات النووية نحو سطح النجم ليشع بنوره معلنا ولادة نجم جديد.

وعلى صعيد آخر، تحت تأثير الضغط الشديد للداخل يحدث الاندماج النووي بين نوى ذرات الهيدروجين وينطلق أول شعاع للحرارة والضوء والضغط ليقاوموا الجاذبية ويسمى هذا النجم الوليد بـ«النجم الأولي» (Proto-Star).

الصورة القياسية لقانون الجذب العام لنيوتن

إضافةً إلى ذلك، تعتبر قوة الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية قوة مباشرة بعيدة المدى بمعنى أن هذه القوة تستطيع التأثير عن بعد بدون واسطة ويتم تأثيرها بشكل لحظي فأي تغير في موقع أحد الجسمين يرافقه تحول لحظي في الجاذبية بينه وبين الجسم الآخر.

وفي هذا السياق، و تولد الجاذبية حولها مجالا يسمى بمجال أو حقل الجاذبية، وهو الحقل المتجهي الذي يصف قوة الجاذبية التي سيتم تطبيقها على أي كائن في نقطة معينة في الفضاء.وهو الذي يجعل تأثير الشمس على الكواكب يصل إلى حد معين في الفضاء لا تستطيع بعده أن تجذب شيئاً آخر. وإن كان سيتبقى ما يسمى بـ (المايكرو جرافيتى) Micro Gravity لأن تأثير الجاذبية يظل يضعف ويضعف ولكنه لا يختفى أبداً، فهى من أكثر القوى الكونية اتساعاً في المجال.

• حيث.
• F هي القوة الناتجة عن الجاذبية.
• G ثابت الجذب االعام بين الكتل.
• m1 هي كتلة الجسيم الأول.
• m2 هي كتلة الجسيم الثاني.
• r هو البعد بين الجسيمين.

وفي السياق ذاته، جدير بالذكر أن القوى الكونية أربعة فقط وهم (الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والقوى النووية الضعيفة).

في هذا الإطار، إن قوة الجاذبية ليست أقوى القوى ولكنها تتمتع بأنها الأوسع مجالاً وتأثيراً في الفضاء وتتمتع كذلك بأنها في حالة زيادة مستمرة طالما زادت الكتلة بينما القوى الأخرى يلغى بعضها بعضاً.

إتزان النجم الجديد

ومن جهة أخرى، الاندماج النووي داخل النجم يولد ضغطاً معاكساً لوزن مادة النجم (الجاذبية)، ولكن الجاذبية لا تهدأ ولا تكل ولا تمل من ضغط مادة النجم إلى الداخل. وعلى الجانب الآخر لا تهدأ طاقة النجم الداخلية الناتجة عن الاندماج النووي وارتفاع درجة الحراة وضغط الإشعاع إلى الخارج. وهذه القوتان هما المتحكمتان في شكل النجم وتكوينه وتسيطران عليه منذ مولده وطيلة حياته وحتى موته بانفجاره أو بتحوله إلى قزم أبيض أو ربما ثقب أسود بحسب الكتلة التي يحتويها النجم.

الجاذبية

كذلك، أولاً مفهوم الجاذبية الكلاسيكية لنيوتن. وثانياً تعريف اينشتاين لها في نظرية النسبية العامة.

وقد عرفت الجاذبية بمفهومين.

إضافةً إلى ذلك، وهي ميل الكتل والأجسام للتحرك والانجذاب نحو بعضها البعض كما في الجاذبية بين الأرض والشمس، أو بين الأجرام السماوية وبين بعضها. إن الجاذبية أو قوة الثقالة هي إحدى القوى المؤثرة في الكون فهي تشكل النجوم والمجرات، وهي خاصية لجميع الأجسام والجسيمات وتعتمد قوتها وتتناسب مع كتلة المادة الموجودة فيه. وهي التي تجعلك ملتصقاً بالأرض، فإذا قفزت إلى أعلى أعادتك إلى سطح الأرض. وهي التي تجعل الكواكب تدور حول الشمس، وهي التي تجعل النجوم لا تشرد بعيداً عن تجمعات النجوم والمجرات. إنها قوة جاذبة تقرب دائما الأشياء من بعضها البعض وتحاول لصق الأجسام بعضها البعض - وفي حالة النجم، هي التي تجمع جزيئاته قريبا من بعضها وتقربها من بعضها البعض فتتخذ الشكل الكروي.

حجم النجم الوليد

من جانب آخر، وقد يعتقد البعض أن النجوم البعيدة لا دخل لنا بها ولا دخل لها بنا. ولكن عند الرجوع بالزمن للخلف مليارات السنين، سنجد ان ذرات أجسادنا تكونت في النجوم من تفاعلات الإندماج، وبانفجار النجوم تنتشر الذرات في الكون. وتتكون منها شموسا ونجوما جديدة ويحيط ببعضها كواكب تناسب نشأة الحياة التي أساسها الكربون والماء والهيدروجين والأكسجين والنتروجين، كما نعرفها على الأرض. وكل هذه العناصر قد تكونت بداخل نجم من النجوم العملاقة. فالله خلق النجوم وجعلها سبباً في تكوين الحياة.

من جهة ثانية، ويمكن تصنيف النجوم انواعا مختلفة منها الكبير ومنها الصغير ومنها المتوسط كشمسنا التي تبعد عنا مسافة 8 دقائق ضوئية (وهي أقرب النجوم إلينا)، وهي الشمس التي وهبها الله لنا لتكون سبباً للحياة على كوكبنا الأزرق الجميل.

وعلى صعيد آخر، هناك كذلك النجوم التي تسمى بالأقزام البنية وهي النجوم التي فشلت كليا في تكوين أي اندماج نووى بداخلها، ولكنها كانت مرشحة لتصير نجمة إذا ما زادت كتلتها قليلة ا (تشبه كوكب المشترى) وتبلغ كتلتها أحيانا 13 كتلة المشتري). ويعتبر المشترى بطريقة ما نجم فاشل لانه مكون من الهيدروجين والهيليوم ولكن تنقصه الكتلة الحرجة التي يبدأ عندها الجرم بتكوين أول اندماج نووى له، وبالتالى كنا سنراه على صورة شمس صغيرة تدور حول شمسنا الأم العملاقة.

إضافةً إلى ذلك، هناك النجوم الصغيرة والتي تسمى بالأقزام الحمراء وهذه النجوم تظل تحترق لتريليونات من السنين حرقا بطيئا لمادتها الداخلية وهي أطول النجوم عمراً بلا منازع. فمنذ أن خلق الكون وحتى هذه اللحظة لم يمت أي من هذه النجوم. فعمر الكون 7و13 مليار سنة على وجه التقريب وتحتاج هذه النجوم إلى تريليونات السنين لتموت.

من جانب آخر، النجوم متوسطة الحجم كالشمس وهي ذات الأعمار المتوسطة والتي تقدر بمليارات السنين «فقط» !. فيقدر عمر الشمس الحالى ب 5 مليارات عام وستظل على حالها هذا تحرق الهيدروجين وتحوله إلى هيليوم 5 مليارات سنة أخرى. ثم يبدأ حرق الهيليوم بداخلها وتحويله إلى كربون وتنتفخ الشمس وتلتهم كوكب عطارد والزهرة والارض ويسخن مركزها بشدة وتتحول إلى ما يسمى بالعملاق الأحمر.

من جهة ثانية، وتختلف طريقة حياة النجم وطول عمره على حجمه وكتلته وبالتالي تختلف طريقة موته وفنائه.

من جهة ثانية، لكل نجم في بدايته حجم معين يعتمد اعتمادا كليا على كتلته ونوعية التفاعلات النووية بداخله.

كذلك، وهناك النجوم التي تنفجر وقت تكونها نظراً لوجود كميات رهيبة من المادة بداخلها فيكون انفجارها للخارج لحظياً وأقوى من قوى جاذبيتها.

• اقرأ كذلك
• مسار هينيي
• مسار هياشي
• اندماج نووي
• تخليق العناصر
• نجم أولي
• نجم قبل النسق الأساسي
• النسق الأساسي
• وسط بين نجمي
• كرة بوك
• سديم وسترهاوت 5 نشأة النجوم
• هيربيغ أي/ نجم بي
• نجم تي الثور
• آر سي دبليو 38
• المراجع
• وصلات خارجية
• معلومات عن حياة النجوم
• نظريات تكون النجوم

وفي هذا الصدد، النجوم العملاقة (من 3 إلى 8 مرات كتلة الشمس) المرشحة للانفجار كمستعر أعظم (سوبرنوفا) وتترك خلفها نجماً نيوترونياً أو نجم نباض. وهذه النجوم عمرها قصير نسبياً ويقدر بملايين السنين لأنها تحرق وقودها بضراوة شديدة لكى تعادل قوى الجاذبية التي تريد سحق النجم إلى الداخل. وأخيرا ستنتصر الجاذبية عند أول بادرة من النجم لتكوين عنصر الحديد (قاتل النجوم) فتنكمش النجمة بسرعة ثم تنفجر انفجاراً عظيماً مطلقة مادتها في الفضاء لتكوين سدم أخرى يولد منها المزيد من النجوم الأصغر في الكتلة وعلى الارجح ستكون مجموعات شمسية كاملة.

ومن جهة أخرى، النجوم الأكبر من هذا كله والمرشحة للانفجار بما يسمى الهايبر نوفا وتترك خلفها ثقباً أسوداً وهي تصنف كالنجوم السابقة بالضبط والفرق الوحيد هو كتلتها التي تزيد عن 50 كتلة شمسية.

التعريف الثاني

وهذه هي فكرة الجاذبية بكل بساطة.

وفي هذا السياق، هو من خلال نظرية النسبية العامةGeneral Relativity لاينشتاين وتنص على أن وجود أي شكل من أشكال المادة أو الطاقة أو العزم يحدث انحناء في الزمكان، وهو تعريف خاص بالنسبية يعتبر أن الفضاء المكانى والزمان هم خيوط من نسيج واحد ينحنيان معا، وبسبب هذا الانحناء فإن المسارات التي تسلكها الأجسام يمكن أن تنحرف أو تغير اتجاهها ضمن هذ الانحناء للزمكان. وهذا الانحراف يظهر لنا على أنه تسارع نحو الأجسام الكبيرة وعرفه نيوتن بأنه ثقالة أو جاذبية وعرفه اينشتاين على أنه انحناء للمكان والزمان الكونى نتيجة لوجود هذا الجسم به ونتيجة لهذا الانحناء تتجه الأجسام الأخرى إليه ككرة تقع في بالوعة، وتصبح حركة الكوكب حول الشمس حركة دائرية في مدار.

وفي هذا الصدد، و كما هو موضح فان كل جسم يحني الزمكان حوله ويجعل الأجسام الأخرى تتجه إليه ليتلصقوا سويا.

انكماش السحابة الجزيئية

علاوةً على ذلك، إذا كانت كتلتها مقاربة لكتلة الشمس، فيشتعل فيها تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل (ويسمى كذلك اندماج الهيدروجين حيث ينتج منه الهيليوم)، وينتج تفاعل الاندماج حرارة شديدة وضغط إشعاع يقاوم انكماش النجم. ويحدث توازن بين ضغط الإشعاع وقوة الثقالة ويستقر النجم على حجمهِ ويصبح مضيئا مرئيا إلى حين.

ومن ناحية أخرى، فترة الانكماش الجذبي تدوم على وجه التقريب لمدة 10-15 مليون سنة، والنجوم المبكرة لأقل من تكتلين شمسيين تدعى نجوم مخططة الحرارة والزمن والتحول بينما ذوات الكتلة الأعظم هي نجوم هيربيغ أي/ نجم بي. هذه النجوم المولودة حديثاً تبعث نفاثات من الغاز على طول محور دورانها، وينتج من اصطدام تلك النفاثات مع الوسط البين نجمي رقع سحابة صغيرة معروفة بـ«سحب HERBIG–HARO». يصل طول النفاثات أحيان إلى نحو 1000 سنة ضوئية.

وفي هذا السياق، إذا كانت كتلة السحابة المتكورة أكبر من كتلة الشمس فهي تصير نجما عملاقا ذو لون أبيض-أزرق شديد الضياء، وبعض تلك النجوم تصل كتلتها إلى 50 كتلة شمسية مثل سهيل هدار، حيث يجري فيها اندماج الهيدروجين والتفاعلات النووية الأخرى سريعا، بحيث لا يستمر عمرها طويلا وتنفجر في شكل مستعر أعظم خلال عدة ملايين من السنين.

,.

وفي السياق ذاته، إن أقرب سديم للمجموعة الشمسية حيث تنشأ نجوم جديدة هو سديم الجبار الذي يبعد عنا نحو 1300 سنة ضوئية.

ومن جهة أخرى، يبدأ تشكيل النجم بعدم استقرار جذبي داخل الغيمة الجزيئية سببه في أغلب الأحيان موجات تصادمية تنتج من مستعر أعظم (سوبرنوفا) أو اصطدام مجرتين، وعندما تصل المنطقة إلى كثافة مادية كافية تفي بمعايير عدم استقرار جينز فإن التكاثف المادي يبدأ بالانكماش تحت قوته الجذبية الذاتية، وبانكماش الغيمة تتشكل فيها تكتلات فردية من الغبار الكثيف والغاز المعروف بكريات بوك وهي تحتوي في حدود 50 تكتل شمسي من المادة، فبزيادة تقلص الكرية وزيادة كثافتها، تتحول الطاقة التجاذبية إلى حرارة وترتفع درجة الحرارة، وعندما تصل الغيمة على وجه التقريب إلى الحالة المستقرة من موازنة الضغوط فالنجم المبكر يتشكل في المركز.

وفي السياق ذاته، تتجمع هذه الغازات والغبار تحت تأثير الجاذبية (قوة الثقالة) التي تشدها لبعضها البعض، وتنكمش هذه السحابة على بعضها البعض وتستمر في الانكماش وتزداد كثافتها، ويؤدي انكماشها هذا إلى ارتفاع درجة حرارتها بسبب تحول طاقة الوضع فيها الناتجة عن قوة الجاذبية إلى طاقة حرارية فتتكور سحابة الهيدروجين والغبار أو يتكور جزء منها، وهنا تلعب كتلها دورا هاما في تطور عمرها:

ومن جهة أخرى، إذا كانت كتلة السحابة المتكورة أقل من 1 كتلة شمسية، فلا يحدث فيها اندماج الهيدروجين وإنما حسب كتلتها فيمكن ان تشع ضوءا ضعيفا بسبب حرارتها العالية أو يحدث فيها اندماج الديوتيريوم الذي يجعل النجم يصدر ضوءا خافتا، ويسمى هذا النجم الصغير قزم بني.