ستاره‌ها چطور می‌میرن: ابرنواخترها (Supernovae & Stellar Death)
یه عدد تعیین می‌کنه ستاره چطور تموم می‌شه: جرمی که باهاش شروع کرده. خورشید رو تا کوتوله‌ی سفید شدنش دنبال کن، ببین چرا هسته‌ی آهنی تو کمتر از یه ثانیه فرو می‌ریزه، و بفهم اصلاً از کجا این‌ها رو می‌دونیم.
اولین ترک
«تموم شدن» یعنی خالی شدن نیست
همجوشی فقط جایی اتفاق می‌افته که به‌اندازه‌ی کافی داغ و چگال باشه، یعنی هسته؛ که بخش کوچیکی از ستاره‌ست. وقتی همه‌ی هیدروژن هسته هلیوم شد، همجوشی اونجا وایمیسه. فشار میاد پایین، گرانش هسته رو فشار می‌ده و فشردگی داغش می‌کنه، دقیقاً مثل قبل از به دنیا اومدن ستاره. زود هیدروژن یه پوسته‌ی نازک دور هسته اون‌قدر داغ می‌شه که جوش بخوره، و تندتر از خود هسته می‌سوزه.
نتیجه‌ش وارونه به نظر میاد. هسته کوچیک‌تر و داغ‌تر می‌شه، در حالی که لایه‌های بیرونی حسابی باد می‌کنن و سرد می‌شن. به این ستاره‌ی بادکرده و سردشده می‌گن غول قرمز: یه کوره‌ی ریز وسط یه پوشش بزرگ و رقیق و قرمز.
بقیه‌ی عمر خورشید
- الان · تقریباً وسط راه
خورشید ۴٫۶ میلیارد سالشه و حدود ۵ میلیارد سال هیدروژن هسته براش مونده. تو همین مدت هم خیلی آروم داره پرنورتر می‌شه.
- حدود ۵ میلیارد سال دیگه · غول قرمز
هیدروژن هسته تموم می‌شه، پوسته‌ی دورش کار رو دست می‌گیره و خورشید بیشتر از صد برابر الانش باد می‌کنه. سطحش سرد می‌شه و قرمز. تیر و ناهید می‌افتن توی خود خورشید.
- هلیوم روشن می‌شه
هسته‌ی فشرده‌شده از حدود ۱۰۰ میلیون درجه رد می‌شه و هلیوم شروع می‌کنه به جوش خوردن و کربن و اکسیژن ساختن. این کار حدود صد میلیون سال وقت می‌خره، نه میلیاردها سال. هلیوم سوخت خیلی ضعیف‌تری از هیدروژنه.
- پوشش پر می‌کشه و می‌ره
خورشید اون‌قدر جرم نداره که هسته‌ش رو برای مرحله‌ی بعدی به‌اندازه‌ی کافی داغ کنه. لایه‌های بیرونی به شکل یه پوسته‌ی درخشان ازش جدا می‌شن؛ اسمش سحابی سیاره‌نماست، اسمی گمراه‌کننده از دوران تلسکوپ‌های اولیه که فقط یه قرص گرد کوچیک نشون می‌دادن.
- یه کوتوله‌ی سفید می‌مونه
هسته‌ی لخت کربن و اکسیژن جا می‌مونه: تقریباً اندازه‌ی زمین، سفید و داغ، و بدون ذره‌ای همجوشی. از اینجا به بعد فقط سرد می‌شه، تو طول میلیاردها سال.
خودت رو امتحان کن
نگار می‌خونه که خورشید وقتی «سوختش تموم بشه» باد می‌کنه، و هم‌زمان می‌خونه که موقع این اتفاق هنوز بیشتر هیدروژن خورشید سر جاشه. این دوتا چطور با هم جور در میان؟
- همجوشی فقط تو هسته‌ی داغ اتفاق می‌افته و هیدروژن همون هسته‌ست که ته می‌کشه
- خورشید قبل از باد کردن بقیه‌ی هیدروژنش رو می‌ریزه تو فضا
- هیدروژن باقی‌مونده یه جوریه که جوش نمی‌خوره
- غول‌های قرمز از همون اول با هلیوم کار می‌کنن
جواب رو ببین
همجوشی فقط تو هسته‌ی داغ اتفاق می‌افته و هیدروژن همون هسته‌ست که ته می‌کشه
درسته. فقط درونی‌ترین بخش خورشید اون‌قدر داغ و چگاله که چیزی رو جوش بده. وقتی همون هسته‌ی کوچیک هلیوم شد، موتور اونجا خاموش می‌شه، هر چند بیشتر ستاره هنوز هیدروژنه؛ فقط تو جای اشتباهیه، یعنی جای سرد.
دو جور پایان، که جرم تعیینش می‌کنه
تا حدود ۸ برابر خورشید
ستاره غول قرمز می‌شه، لایه‌های بیرونیش پر می‌کشن و می‌رن و یه کوتوله‌ی سفید جا می‌مونه: یه گوی کربن و اکسیژن به اندازه‌ی زمین که دیگه هیچ‌وقت همجوشی نمی‌کنه. یه سقف هم داره: هیچ کوتوله‌ی سفیدی نمی‌تونه سنگین‌تر از حدود ۱٫۴ برابر خورشید باشه. خورشید خودمون همین‌جا تموم می‌شه و یه کوتوله‌ی سفید با تقریباً نصف جرم امروزش به جا می‌ذاره.
بیشتر از حدود ۸ برابر خورشید
گرانش اون‌قدر قویه که تو هر مرحله هسته رو داغ‌تر فشار بده، پس ستاره کربن، بعد اکسیژن، بعد چیزهای سنگین‌تر رو جوش می‌ده؛ تو پوسته‌هایی مثل لایه‌های پیاز، تا برسه به آهن. بعد هسته تو کمتر از یه ثانیه فرو می‌ریزه و ستاره خودش رو به شکل یه اَبَرنواختر می‌درونه. چیزی که جا می‌مونه یه ستاره‌ی نوترونیه یا یه سیاه‌چاله.
خودت رو امتحان کن
کوتوله‌ی سفید میلیاردها سال می‌درخشه، با اینکه اصلاً هیچ همجوشی‌ای تو دلش انجام نمی‌شه.
جواب رو ببین
درست
درسته. هیچی اون تو نمی‌سوزه. فقط چون هنوز خیلی داغه می‌درخشه، مثل یه میله‌ی آهن که از تو کوره درآوردی. فرقش با اون میله اینه که خیلی کوچیک و چگاله، پس گرماش رو خیلی کُند از دست می‌ده: قدیمی‌ترین کوتوله‌های سفید از قبل‌تر از خود خورشید دارن سرد می‌شن و هنوز گرمن.
آخرین پله
آهن: جایی که همجوشی دیگه نمی‌صرفه
تا اینجا هر مرحله‌ی همجوشی انرژی آزاد می‌کرد. این قضیه سر آهن تموم می‌شه. هسته‌های آهن از همه محکم‌تر به هم بسته شدن، پس جوش دادن آهن به چیزی سنگین‌تر انرژی می‌گیره به‌جای اینکه بده. برای همین ستاره‌ی پرجرم یه هسته‌ی آهنی می‌سازه که نمی‌تونه بسوزونتش. هسته از حدود ۱٫۴ برابر خورشید رد می‌شه، فشار کم میاره، و گویی تقریباً به اندازه‌ی زمین تو کمتر از یه ثانیه فرو می‌ریزه تا قطرش بشه حدود ۲۰ کیلومتر.
مرکز هسته وقتی دیگه فشرده‌تر نمی‌شه، یهو وامیسه و برمی‌گرده. یه موج ضربه‌ای به‌اضافه‌ی سیلی از ذره‌هایی به اسم نوترینو بقیه‌ی ستاره رو پرت می‌کنه بیرون. این انفجار چند هفته می‌تونه از همه‌ی ستاره‌های دیگه‌ی کهکشانش روی هم پرنورتر باشه.
خورشید امروز قطر ۱٬۴۰۰٬۰۰۰ کیلومتر
یه کوتوله‌ی سفید قطر حدود ۱۲٬۰۰۰ کیلومتر (یه زمین)
یه ستاره‌ی نوترونی قطر حدود ۲۰ کیلومتر (یه شهر)
قطر کوتوله‌ی سفید چند برابر کوچیک‌تره؟
۱٬۴۰۰٬۰۰۰ ÷ ۱۲٬۰۰۰حدود ۱۲۰ برابر کوچیک‌تر، با جرمی که قابل مقایسه با خورشیدهجرمی به اندازه‌ی خورشید رو تو گویی به اندازه‌ی زمین فشرده کن؛ یه حبه قند ازش بیشتر از یه تُن می‌شه. یه کم بیشتر از خورشید رو تو ۲۰ کیلومتر فشرده کن؛ همون حبه قند صدها میلیون تُن می‌شه. درس ۰۷ می‌ره سراغ همین.
خودت رو امتحان کن
هر ستاره آخرش چی به جا می‌ذاره؟
- خورشید
- ستاره‌ای با جرم ۲۵ خورشید
- ستاره‌ای با جرم ۳ خورشید
- ستاره‌ای با جرم ۱۲ خورشید
- یه کوتوله‌ی قرمز، خیلی خیلی دور تو آینده
- یه ستاره‌ی آبی-سفید با جرم ۲۰ خورشید
جواب رو ببین
یه کوتوله‌ی سفید، بی‌سر و صدا: خورشید, ستاره‌ای با جرم ۳ خورشید, یه کوتوله‌ی قرمز، خیلی خیلی دور تو آینده
یه ابرنواختر، بعدش ستاره‌ی نوترونی یا سیاه‌چاله: ستاره‌ای با جرم ۲۵ خورشید, ستاره‌ای با جرم ۱۲ خورشید, یه ستاره‌ی آبی-سفید با جرم ۲۰ خورشید
خودت رو امتحان کن
- ستاره‌ی A با جرم ۳ برابر خورشید شروع می‌کنه. باد می‌کنه، می‌ذاره لایه‌های بیرونیش پر بکشن و برن، و یه گوی داغ به اندازه‌ی زمین به جا می‌ذاره.
- ستاره‌ی B با جرم ۲۰ برابر خورشید شروع می‌کنه. منفجر می‌شه، و یه گوی ۲۰ کیلومتری وسط لاشه‌ش می‌مونه که داره می‌چرخه.
چی تعیین می‌کنه ستاره کدوم یکی از این دو پایان رو داشته باشه؟
- اینکه چقدر به ستاره‌های دیگه نزدیکه
- جرمی که باهاش شروع کرده
- اینکه تو لایه‌های بیرونیش چقدر هیدروژن مونده
- اینکه موقع تشکیلش کهکشان چند سالش بوده
جواب رو ببین
جرمی که باهاش شروع کرده
آره. زیر حدود ۸ برابر جرم خورشید، ستاره بی‌سر و صدا به شکل کوتوله‌ی سفید تموم می‌شه. بالاتر از اون، گرانش می‌تونه هسته رو اون‌قدر داغ فشار بده که تا آهن بالا بره، و هسته‌ی آهنی نمی‌تونه خودش رو سرپا نگه داره.
سه چیز که یادت بمونه
- همه‌ی داستان تو هسته‌ست. ستاره وقتی می‌میره که هسته‌ش دیگه نتونه به‌اندازه‌ی کافی سریع گرما بسازه تا خودش رو سرپا نگه داره، نه وقتی که هیدروژن ستاره تموم بشه.
- جرم تعیین می‌کنه. زیر حدود ۸ خورشید: غول قرمز و بعد کوتوله‌ی سفید. بالاترش: ابرنواختر و بعد ستاره‌ی نوترونی یا سیاه‌چاله.
- مرزها دقیق نیستن، و صادقانه‌ش همینه. حدود ۸ برابر جرم خورشید برای ابرنواختر، و یه جایی حول ۲۰ تا ۲۵ برای اینکه سیاه‌چاله بشه نه ستاره‌ی نوترونی، بهترین عددهای امروزن. اینکه ستاره تو راه چقدر جرم از دست می‌ده جواب رو عوض می‌کنه، و اون قسمتش هنوز داره بررسی می‌شه.
خودت رو امتحان کن
سارا می‌پرسه حدود ۵ میلیارد سال دیگه که خورشید غول قرمز بشه، سر زمین چی میاد. کدوم جواب صادقانه‌تره؟
- مستقیم تبدیل به سیاه‌چاله می‌شه و سیاره‌ها رو می‌کشه تو
- خورشید به شکل ابرنواختر منفجر می‌شه و انفجارش همه‌ی سیاره‌های منظومه، از جمله زمین، رو نابود می‌کنه
- اتفاق خاصی برای زمین نمی‌افته؛ خورشید فقط رنگش عوض می‌شه
- تیر و ناهید می‌افتن توی خورشید، زمین لخت و سوخته می‌شه، و سرنوشت خودش هنوز محل بحثه
جواب رو ببین
تیر و ناهید می‌افتن توی خورشید، زمین لخت و سوخته می‌شه، و سرنوشت خودش هنوز محل بحثه
درسته. خورشید خیلی سبک‌تر از اونه که منفجر بشه یا سیاه‌چاله بسازه. فقط باد می‌کنه، و بعدش سیاره‌های داخلی توی خودش قرار می‌گیرن. سرنوشت خود زمین واقعاً سؤال بازیه، چون غول قرمز جرم از دست می‌ده و سیاره‌ها هم‌زمان دورتر می‌شن.
مرور درس
- ستاره وقتی می‌میره که هسته‌ش دیگه گرما نسازه، نه وقتی هیدروژن ستاره تموم بشه. فقط ذخیره‌ی هسته به حساب میاد.
- خورشید حدود ۵ میلیارد سال وقت داره. باد می‌کنه و غول قرمز می‌شه، لایه‌های بیرونیش رو می‌ریزه و یه کوتوله‌ی سفید به اندازه‌ی زمین به جا می‌ذاره.
- کوتوله‌ی سفید اصلاً همجوشی نداره؛ یه اخگر داغه که میلیاردها سال داره سرد می‌شه، و نمی‌تونه سنگین‌تر از حدود ۱٫۴ برابر خورشید باشه.
- بالاتر از حدود ۸ برابر جرم خورشید، ستاره یه هسته‌ی آهنی می‌سازه که تو کمتر از یه ثانیه فرو می‌ریزه و ستاره رو به شکل ابرنواختر می‌پاشونه.
- چیزی که وسط می‌مونه یه ستاره‌ی نوترونیه یا یه سیاه‌چاله، و بازم جرمه که تعیین می‌کنه.