سلسلة مراحل حياة النجوم. 4- النجوم العملاقة

تُعد مرحلة العمالقة، المرحلة التي تلي السلسلة الرئيسية، فهي تنقسم إلى عمالقة وعمالقة ضخمة، وعمالقة هائلة (Hyper)، وتُصنّف وفقا لألوانها، كالأحمر والأصفر والأزرق.

و كما رأينا في السلسة الرئيسية، تقوم النجوم بتحويل الهيدروجين إلى ديتيريوم فتريتيوم وصولاً إلى الهيليوم في نواتها، ولكن حين تستنفد النجوم مخزون الهيدروجين لديها تبدأ نواتها بالانهيار على نفسها، مسببةً زيادة كثافتها (كثافة النواة)، يترافق مع ذلك الانهيار زيادة في درجة الحرارة في النواة، عند تلك النقطة، تبدأ الطاقة بالانتشار خارج النواة، فتسبب توسع السطح الخارجي، مما يؤدي إلى زيادة حجم النجم وبالتالي دخوله في مرحلة العملاق الأحمر. قد يصل نصف قطر العملاق الأحمر إلى ( Rʘ 200-800) إي مايعادل 200 إلى 800 ضعف من نصف قطر شمسنا.

يبقى النجم العملاق الأحمر على هذا الحال لفترة من الزمن، إلى أن يصل إلى حدٍ تكون فيه حرارة نواته عالية، عالية بحيث أنها تبدأ بنوع آخر من تفاعلات الاندماج، إذ أن الهيليوم يتحول إلى الأوكسجين والكربون في عملية تُعرف باسم "Triple Alpha Process". في هذه العملية تندمج نواتا هيليوم-4 لتكوّنا نواة بريليوم-8، تندمج نواة البريليوم مع نواة هيليوم أخرى مشكلة نواة الكربون-12، يترافق مع هذا التحول تضاؤل في حجم النجم، حتى يصل إلى مرحلة جديدة من حياته تُدعى بالعملاق الأًصفر.

يحصل انفجار عند أول تحول للهيليوم، يعرف هذا الانفجار باسم لمعة الهيليوم "Helium flash"، ويؤدي إطلاق كمية كبيرة من الطاقة تمتصها الطبقة الخارجية. و برغم هذا الانفجار، فإن النجم لا يشع أبداً، أي أن لمعانه لا يزداد بل ينقص، لأنه في تلك الأثناء، تتوسع النواة وينكمش السطح الخارجي، ما يؤدي إلى تحول الطاقة الناجمة عن الانفجار إلى طاقة كامنة للنواة التي توسعت.

ولكن، لا تنتقل جميع العمالقة الحمراء إلى حالة العمالقة الصفراء، إذ أن بعض النجوم تكون لها كتلة كبيرة لدرجة أن معدل تحول الهيليوم إلى الأوكسجين والكربون يكون أسرع من نظيراتها العمالقة الحمراء ذوات الكتلة الأقل، إن زيادة المعدل تعني زيادة انتاج الحرارة، وبالتالي زيادة معدل اطلاق الطاقة نحو الخارج، أي النجم لن يكون في حالة مستقرة، إضافة لتوسع السطح الخارجي للنجم بشكل كبير (أعلى من معدل انكماش النجم)، ما يؤدي إلى ظهور نوع جديد من النجوم.

العمالقة الحمراء الضخمة.

كما رأينا مسبقاً، ينتج العملاق الأحمر الضخم من زيادةٍ في معدل التحويل وانتاج الطاقة، تلك الزيادة في المعدل ترافقها زيادة في حجم النجم، إذ أن نصف قطر العملاق الأحمر الضخم قد يصل إلى 1500 Rʘ، ولكن هذا لا يعني بالضرورة أن يكون لها كتلة مرتفعة، إذ أن كثافة العملاق الضخم تكون منخفضة، تتصف تلك العمالقة ببرودة سطحها، فدرجة الحرارة السطحية تتراوح بين 3500 و 4500 كلفن (أي بين 3227 و 4227 درجة مئوية)، وهذا هو سبب تسميتها بالحمراء (أي أن اللون الأحمر دليل على برودة سطحها الخارجي)، أما حال النواة فمختلف تماماً، إذ أن تكون درجة حرارتها مرتفعة جداً.

ماذا لو وصل نصف قطر العملاق إلى أكثر من 1500 Rʘ؟

يؤدي ذلك إلى ظهور نوع جديد من النجوم، والمعروف باسم العملاق الأحمر الهائل(Hyper Supergiant). يمتلك العملاق الهائل صفات العملاق الضخم ولكن يختلف فقط بالحجم.

ألا يحتاج نجم كبير، هائل إن صح التعبير، إلى كم هائل من الطاقة ؟

بلى، فكلما ازداد حجم النجم، ازدادت حاجته إلى الطاقة. يحصل النجم الهائل على الطاقة من التفاعلات النووية التي تتم في نواته، فالعملاق الأحمر الهائل يستهلك الهيليوم في نواته بشكل أسرع من العملاق الأحمر الضخم، و بشكل أسرع من العملاق الأحمر، فالعمالقة الحمراء الضخمة تعيش فترة زمنية تقدر بعشرات الملايين من السنين (تعتبر تلك المدة على المقياس الكوني، قصيرة )

ماذا عن الأنواع الأُخرى للعمالقة، هل هناك أنواع غير الحمراء؟ نعم، للعمالقة الحمراء أشقاء، تُدعى العمالقة الزرقاء. ذكرنا أن النجوم التي حجمها كبير ( 200-800 Rʘ ) تتحول إلى عمالقة حمراء، أما النجوم التي حجمها صغير ( تقريباً 25 Rʘ )، أو التي كتلها صغيرة ( تقريباً 2،3 – 8 Mʘ ) فتتحول إلى نوع آخر من العمالقة، ألا وهي العمالقة الزرقاء، وقد سميت بالزرقاء لأنها تقع في منطقة اللون الأزرق في مخطط H-R.

عندما ينتهي مخزون نجمٍ ما من الهيدروجين، تبدأ عملية تحويل الهيليوم إلى كربون وأوكسجين، ولأن النجم صغير الحجم، فهو لا يحتاج إلى طاقة كبيرة جداً، لذا يكون معدل التفاعلات في نواة النجم أبطأ مما هو عليه في النجوم كبيرة الحجم. يتصف العملاق الأزرق بحرارته السطحيةٍ المرتفعة، وهي أعلى بكثير من الحرارة السطحية للعمالقة الحمراء. تنتج هذه النجوم رياحاً كونية تتميز بقلة كثافتها وسرعتها الكبيرة.

تتميز مرحلة العمالقة الزرقاء بأنها ليست مستقرة، فمن الممكن أن يتجول العملاق الأزرق إلى عملاق أحمر ثم يعود ليصبح عملاقاً أزرق من جديد. هذا التنوع بين نوعي النجوم سببه اختلاف الحرارة السطحية للنجم.

تعتبر العمالقة الزرقاء من أندر أنواع النجوم في الكون، لأن معظم النجوم تتحول إلى عمالقة حمراء، ولا تتحول إلى عمالقة زرقاء إلا في فترات قصيرة من حياتها، وكما ذكرنا مسبقاً، هذه العمالقة صغيرةٌ الحجم، إلا أن عدداً من النجوم شذ عن قاعدة الحجم تلك، فقد رُصد عددٌ من العمالقة الزرقاء التي تعتبر أضخم النجوم في الكون، كما تعد العمالقة الزرقاء من ألمع النجوم في الكون كالنجم η Carinae.

رابط المقال الاول: هنا

رابط المقال الثاني: هنا

رابط المقال الثالث: هنا

المصادر:

هنا

هنا

هنا