النجوم: الخصائص ، كيف تتشكل ، دورة الحياة ، الهيكل - علم - 2025

A نجمة هي جرم سماوي يتكون من الغاز، وذلك أساسا الهيدروجين والهيليوم، وأبقى في حالة توازن وذلك بفضل قوة الجاذبية، والتي تميل إلى ضغط عليه، وضغط الغاز، والذي يوسع عليه.

في هذه العملية ، ينتج النجم كميات هائلة من الطاقة من قلبه ، حيث يوجد مفاعل اندماج يصنع الهيليوم وعناصر أخرى من الهيدروجين.

الشكل 1. الثريا ، في كوكبة برج الثور ، والتي يمكن رؤيتها خلال فصل الشتاء الشمالي ، تشكل مجموعة من حوالي 3000 نجم على بعد 400 سنة ضوئية. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في تفاعلات الاندماج هذه ، لا يتم حفظ الكتلة بالكامل ، ولكن يتم تحويل جزء صغير منها إلى طاقة. ونظرًا لأن كتلة النجم هائلة ، حتى عندما تكون واحدة من أصغرها ، فإن كمية الطاقة التي يعطيها في الثانية هي كذلك.

خصائص النجوم

الخصائص الرئيسية للنجم هي:

- الكتلة: متغيرة للغاية ، وتتراوح من جزء صغير من كتلة الشمس إلى نجوم فائقة الكتلة ، كتلتها عدة أضعاف كتلة الشمس.

- درجة الحرارة: هي أيضا كمية متغيرة. في الفوتوسفير ، وهو السطح المضيء للنجم ، تتراوح درجة الحرارة بين 50000 و 3000 كلفن ، بينما تصل في مركزها إلى ملايين كلفن.

- اللون: وثيق الصلة بدرجة الحرارة والكتلة. كلما كان النجم أكثر سخونة ، كان لونه أكثر زرقة ، والعكس صحيح ، كلما كان أكثر برودة ، كلما اتجه نحو اللون الأحمر.

- اللمعان: يعتمد على القدرة التي يشعها النجم والتي لا تكون عادة منتظمة. النجوم الأكثر سخونة وأكبرها هي الأكثر إشراقًا.

- الحجم: هو السطوع الظاهر عند رؤيتهم من الأرض.

- الحركة: النجوم لها حركات نسبية فيما يتعلق بمجالها وكذلك الحركة الدورانية.

- العمر: يمكن أن تكون النجوم قديمة قدم الكون - حوالي 13.8 مليار سنة - وشبابًا يصل إلى مليار سنة.

كيف تتشكل النجوم؟

الشمس ، أحد ملايين النجوم في مجرة ​​درب التبانة.

تتكون النجوم من انهيار الجاذبية لغيوم ضخمة من الغاز والغبار الكونيين ، والتي تتقلب كثافتها باستمرار. المواد الأولية في هذه السحب هي جزيئات الهيدروجين والهيليوم ، وكذلك آثار لجميع العناصر المعروفة على الأرض.

حركة الجسيمات التي تشكل هذه الكمية الهائلة من الكتلة المنتشرة في الفضاء هي حركة عشوائية. لكن بين الحين والآخر تزداد الكثافة قليلاً عند نقطة واحدة ، مما يتسبب في الضغط.

يميل ضغط الغاز إلى التراجع عن هذا الانضغاط ، لكن قوة الجاذبية ، التي تسحب الجزيئات معًا ، تكون أعلى قليلاً ، لأن الجسيمات تكون أقرب إلى بعضها البعض وبالتالي تتعارض مع هذا التأثير.

علاوة على ذلك ، فإن الجاذبية مسؤولة عن زيادة الكتلة بشكل أكبر. وعندما يحدث هذا ، تزداد درجة الحرارة تدريجياً.

تخيل الآن عملية التكثيف هذه على نطاق واسع وبكل الوقت المتاح. قوة الجاذبية شعاعية وسحابة المادة المتكونة على هذا النحو سيكون لها تناظر كروي. يطلق عليه بروتستار.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن سحابة المادة هذه ليست ثابتة ، ولكنها تدور بسرعة مع تقلص المواد.

بمرور الوقت ، سيتشكل اللب عند درجة حرارة عالية جدًا وضغط هائل ، والذي سيصبح مفاعل اندماج النجم. هناك حاجة إلى كتلة حرجة لهذا الغرض ، ولكن عندما يحدث ذلك ، يصل النجم إلى التوازن ، وبالتالي يبدأ ، إذا جاز التعبير ، حياته البالغة.

الكتلة والتطور اللاحق للنجوم

يعتمد نوع التفاعلات التي يمكن أن تحدث في النواة على الكتلة التي كانت تمتلكها في البداية ، ومعها التطور اللاحق للنجم.

بالنسبة للكتل الأقل من 0.08 ضعف كتلة الشمس - 2 × 10 30 كجم تقريبًا - لن يتشكل النجم ، لأن النواة لن تشتعل. سوف يبرد الجسم المتكون على هذا النحو تدريجيًا وسيتباطأ التكثيف ، مما يؤدي إلى ظهور قزم بني.

من ناحية أخرى ، إذا كان النجم الأولي ضخمًا جدًا ، فلن يحقق أيضًا التوازن اللازم ليصبح نجمًا ، لذلك سينهار بعنف.

ترجع نظرية تكوين النجوم عن طريق الانهيار الثقالي إلى عالم الفلك الإنجليزي وعالم الكونيات جيمس جينز (1877-1946) ، الذي اقترح أيضًا نظرية الحالة المستقرة للكون. اليوم ، تم تجاهل هذه النظرية ، التي تؤكد أن المادة يتم إنشاؤها باستمرار ، لصالح نظرية الانفجار العظيم.

دورة حياة النجوم

كما هو موضح أعلاه ، تتشكل النجوم من خلال عملية تكثيف السديم المكون من الغاز والغبار الكوني.

هذه العملية تستغرق وقتا. تشير التقديرات إلى حدوثه بين 10 و 15 مليون سنة ، بينما يكتسب النجم ثباته النهائي. بمجرد ضغط الغاز الممتد وقوة توازن الجاذبية الانضغاطية ، يدخل النجم ما يسمى التسلسل الرئيسي.

وفقًا لكتلته ، يقع النجم على أحد خطوط مخطط Hertzsprung-Russell أو مخطط HR باختصار. هذا رسم بياني يوضح الخطوط المختلفة لتطور النجوم ، وكلها تمليها كتلة النجم.

في هذا الرسم البياني ، يتم تصنيف النجوم وفقًا لمعانها بناءً على درجة حرارتها الفعالة ، كما هو موضح أدناه:

الشكل 2. رسم تخطيطي للموارد البشرية ، تم إنشاؤه بشكل مستقل بواسطة الفلكيين إجنار هيرتزبرونج وهنري راسل حوالي عام 1910. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. هذا.

خطوط التطور النجمي

التسلسل الرئيسي هو المنطقة المائلة تقريبًا التي تمر عبر مركز الرسم التخطيطي. هناك ، في مرحلة ما ، تدخل النجوم المشكلة حديثًا حسب كتلتها.

توجد النجوم الأكثر سخونة ولمعانًا وضخامة في الأعلى وإلى اليسار ، بينما تقع أروع وأصغر النجوم في أسفل اليمين.

الكتلة هي المعلمة التي تحكم تطور النجوم ، كما قيل عدة مرات. في الواقع ، تستهلك النجوم الضخمة جدًا وقودها بسرعة ، في حين أن النجوم الصغيرة الباردة ، مثل الأقزام الحمراء ، تديره ببطء أكبر.

الشكل 3. مقارنة الأحجام بين الكواكب (1 و 2) والنجوم (3،4،5 و 6). المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. ديف جارفيس (https://dave.autonoma.ca/).

بالنسبة للإنسان ، تعتبر الأقزام الحمراء أبدية عمليا ، ولم يمت أي من الأقزام الحمراء المعروفة بعد.

بجوار التسلسل الرئيسي توجد النجوم التي انتقلت ، بسبب تطورها ، إلى خطوط أخرى. هكذا أعلاه هي النجوم العملاقة والعملاقة ، وتحت الأقزام البيضاء.

الأنواع الطيفية

ما يأتي إلينا من النجوم البعيدة هو نورها ، ومن تحليله يتم الحصول على قدر كبير من المعلومات حول طبيعة النجم. يوجد في الجزء السفلي من مخطط الموارد البشرية سلسلة من الحروف تشير إلى الأنواع الطيفية الأكثر شيوعًا:

OBAFGKM

النجوم ذات أعلى درجة حرارة هي O والأبرد من الفئة M. في المقابل ، تنقسم كل فئة من هذه الفئات إلى عشرة أنواع فرعية مختلفة ، مما يميزها بعدد من 0 إلى 9. على سبيل المثال ، F5 ، نجم متوسط ​​بين F0 و G0.

يضيف تصنيف Morgan Keenan لمعان النجم إلى النوع الطيفي ، مع الأرقام الرومانية من I إلى V. بهذه الطريقة شمسنا هي نجمة من نوع G2V. تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا للتنوع الكبير للنجوم ، فهناك تصنيفات أخرى لها.

كل فئة طيفية لها لون واضح ، وفقًا لمخطط الموارد البشرية في الشكل. إنه اللون التقريبي الذي يمكن أن يراه المراقب بدون أدوات أو في معظم المناظير في ليلة مظلمة وصافية للغاية.

فيما يلي وصف موجز لخصائصها وفقًا للأنواع الطيفية الكلاسيكية:

اكتب O

هم النجوم الزرقاء مع درجات اللون البنفسجي. توجد في الزاوية اليسرى العليا من مخطط الموارد البشرية ، أي أنها كبيرة ومشرقة ، بالإضافة إلى درجات حرارة سطح عالية ، بين 40.000 و 20.000 كلفن.

ومن الأمثلة على هذا النوع من النجوم Alnitak A ، من حزام كوكبة Orion ، المرئي خلال ليالي الشتاء الشمالية ، و Sigma-Orionis في نفس الكوكبة.

الشكل 4. النجوم الثلاثة لحزام الجبار. من اليسار إلى اليمين النتاك والنيلم والمنتكة. بالإضافة إلى ذلك ، بجانب النتاك ، سدم اللهب ورأس الحصان. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

اكتب ب

من السهل رؤيتها بالعين المجردة. لونه أبيض-أزرق ، ودرجات حرارة سطحه بين 10000-7000 كلفن ، نجم ثنائي في كوكبة Canis Major هو نجم من النوع A ، كما هو Deneb ، ألمع نجم في Swan.

اكتب F.

تبدو بيضاء تميل إلى اللون الأصفر ، ودرجة حرارة السطح أقل من تلك الموجودة في النوع السابق: بين 7000 و 6000 كلفن. النجم القطبي Polaris ، من كوكبة Ursa Minor ينتمي إلى هذه الفئة ، وكذلك كانوب ، النجم الأكثر سطوعًا من كوكبة كارينا ، والتي يمكن رؤيتها بعيدًا إلى الجنوب من نصف الكرة الشمالي ، خلال الشتاء الشمالي.

اكتب G

إنها صفراء ودرجة حرارتها ما بين 6000 و 4800 كلفن ، تقع شمسنا في هذه الفئة.

نوع K.

من حيث المبدأ ، ليس من السهل معرفة البنية الداخلية للنجم ، لأن معظمها أجسام بعيدة جدًا.

بفضل دراسة الشمس ، أقرب نجم ، نعلم أن معظم النجوم تتكون من طبقات غازية ذات تناظر كروي ، وفي وسطها توجد نواة حيث يحدث الاندماج. يحتل هذا أكثر أو أقل من 15٪ من الحجم الإجمالي للنجم.

تحيط بالنواة طبقة تشبه الوشاح أو الغلاف ، وأخيراً يوجد الغلاف الجوي للنجم ، الذي يعتبر سطحه حدوده الخارجية. تتغير طبيعة هذه الطبقات بمرور الوقت والتطور الذي يتبعه النجم.

في بعض الحالات ، عندما ينفد الهيدروجين ، وقوده النووي الرئيسي ، يتضخم النجم ثم يطرد طبقاته الخارجية إلى الفضاء ، مشكلاً ما يُعرف بالسديم الكوكبي ، وفي وسطه تبقى النواة العارية. ، يُعرف فيما بعد بالقزم الأبيض.

إنه على وجه التحديد في غلاف النجم ، حيث يتم نقل الطاقة من اللب إلى الطبقات الخارجية.

الشكل 5. طبقات الشمس ، أكثر النجوم دراسة على الإطلاق. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

أنواع النجوم

في القسم المخصص للأنواع الطيفية ، تم ذكر أنواع النجوم المعروفة حاليًا بشكل عام. هذا من حيث الخصائص المكتشفة من خلال تحليل نورها.

ولكن طوال فترة تطورها ، تنتقل معظم النجوم في التسلسل الرئيسي وتتركه أيضًا ، وتنتقل إلى فروع أخرى. تبقى نجوم القزم الحمراء فقط في التسلسل الرئيسي طوال حياتهم.

هناك أنواع أخرى من النجوم يتم ذكرها بشكل متكرر والتي نصفها بإيجاز:

النجوم القزمية

إنه مصطلح يستخدم لوصف أنواع مختلفة جدًا من النجوم ، والتي من ناحية أخرى تشترك في حجمها الصغير. تتشكل بعض النجوم بكتلة منخفضة للغاية ، لكن النجوم الأخرى التي ولدت بكتلة أعلى بكثير أصبحت أقزامًا خلال حياتها.

في الواقع ، النجوم القزمة هي أكثر أنواع النجوم وفرة في الكون ، لذا يجدر بنا أن نركز قليلاً على خصائصها:

الأقزام البنية

إنها نجوم أولية لم تكن كتلتها كافية لبدء المفاعل النووي الذي يدفع نجمًا إلى التسلسل الرئيسي. يمكن اعتبارها في منتصف الطريق بين كوكب عملاق غازي مثل كوكب المشتري ونجم قزم أحمر.

نظرًا لأنهم يفتقرون إلى مصدر طاقة ثابت ، فمن المتوقع أن يبردوا ببطء. مثال على القزم البني هو Luhman 16 في كوكبة Vela. لكن هذا لا يمنع الكواكب من الدوران حولها ، حيث تم اكتشاف العديد منها حتى الآن.

الأقزام الحمراء

الشكل 6. الحجم المقارن بين الشمس والقزم الأحمر Gliese 229A والأقزام البنية Teide 1 و Gliese 229 B وكوكب المشتري. المصدر: ناسا عبر ويكيميديا ​​كومنز.

كتلتها صغيرة ، أقل من كتلة الشمس ، لكن حياتها تمر في التسلسل الرئيسي لأنها تنفق وقودها بعناية. لهذا السبب فهي أيضًا أكثر برودة ، لكنها أكثر أنواع النجوم وفرة وأيضًا الأطول على الإطلاق.

الأقزام البيضاء

إنها بقايا نجم ترك التسلسل الرئيسي عندما نفد الوقود في قلبه ، وتضخم حتى أصبح عملاقًا أحمر. بعد ذلك يقوم النجم بإلقاء طبقاته الخارجية ، مما يقلل من حجمه ويترك فقط اللب وهو القزم الأبيض.

مرحلة القزم الأبيض ليست سوى مرحلة واحدة في تطور جميع النجوم التي ليست أقزامًا حمراء ولا عمالقة زرقاء. الأخيرة ، كونها ضخمة جدًا ، تميل إلى إنهاء حياتها في انفجارات هائلة تسمى nova أو supernova.

النجم IK Pegasi هو مثال على قزم أبيض ، مصير قد ينتظر شمسنا بعد ملايين السنين من الآن.

الأقزام الزرقاء

إنها نجوم افتراضية ، أي أن وجودها لم يثبت بعد. لكن يُعتقد أن الأقزام الحمراء تتحول في النهاية إلى أقزام زرقاء عندما ينفد الوقود.

الأقزام السوداء

إنها أقزام بيضاء قديمة تم تبريدها تمامًا ولم يعد ينبعث منها الضوء.

الأقزام الصفراء والبرتقالية

النجوم ذات الكتلة المماثلة أو الأقل من الشمس ، ولكنها أكبر في الحجم ودرجة الحرارة من الأقزام الحمراء ، تسمى أحيانًا بهذه الطريقة.

النجوم النيوترونية

هذه هي المرحلة الأخيرة في حياة نجم عملاق ، عندما يكون قد استهلك بالفعل وقوده النووي ويعاني من انفجار سوبر نوفا. بسبب الانفجار ، يصبح لب النجم المتبقي مضغوطًا بشكل لا يصدق ، لدرجة أن الإلكترونات والبروتونات تندمج لتصبح نيوترونات.

النجم النيوتروني شديد الكثافة ، ولكنه شديد الكثافة ، بحيث يمكنه احتواء ما يصل إلى ضعف كتلة الشمس في كرة قطرها حوالي 10 كم. نظرًا لأن نصف قطرها قد انخفض كثيرًا ، فإن الحفاظ على الزخم الزاوي يتطلب سرعة دوران أعلى.

نظرًا لحجمها ، يتم اكتشافها من خلال الإشعاع المكثف الذي تصدره على شكل حزمة تدور بسرعة بجوار النجم ، مكونة ما يعرف باسم النجم النابض.

أمثلة على النجوم

على الرغم من أن النجوم لها خصائص مشتركة ، كما هو الحال مع الكائنات الحية ، فإن التباين هائل. كما رأينا ، هناك نجوم عملاقة وعملاقة ، أقزام ، نيوترونات ، متغيرات ، ذات كتلة كبيرة ، ذات حجم هائل ، أقرب وأبعد:

- ألمع نجم في سماء الليل هو نجم الشعرى اليمانية ، في كوكبة Canis Major.

الشكل 7. الشعرى اليمانية ، في كوكبة Canis Major ، على بعد حوالي 8 سنوات ضوئية ، هو ألمع نجم في سماء الليل. المصدر: Pixabay.

-Próxima Centauri هو أقرب نجم إلى الشمس.

- أن تكون النجم الأكثر سطوعًا لا يعني أن تكون الأكثر إشراقًا ، لأن المسافة مهمة جدًا. النجم الأكثر لمعانًا والمعروف هو الأكبر أيضًا: R136a1 ينتمي إلى سحابة ماجلان الكبيرة.

- كتلة R136a1 هي 265 مرة كتلة الشمس.

-النجم ذو الكتلة الأكبر ليس دائمًا الأكبر. أكبر نجم حتى الآن هو UY Scuti في درع الكوكبة. نصف قطرها أكبر بحوالي 1708 مرة من نصف قطر الشمس (نصف قطر الشمس 6.96 × 108 متر).

- كان أسرع نجم حتى الآن هو US 708 ، والذي يتحرك بسرعة 1200 كم / ثانية ، ولكن مؤخرًا تم اكتشاف نجم آخر يتفوق عليه: S5-HVS1 من كوكبة كرين ، بسرعة 1700 كم / ث. يُعتقد أن الجاني هو الثقب الأسود الهائل القوس أ ، في وسط مجرة ​​درب التبانة.

المراجع

1. كارول ، ب.مقدمة في الفيزياء الفلكية الحديثة. الثاني. الإصدار. بيرسون.
2. كوستا ، سي. نجم هارب خرج من ظلام قلب المجرة. تم الاسترجاع من: aaa.org.uy.
3. Díaz-Giménez، E. 2014. Basic Notes on Astronomy.ed by the University of Córdoba، Argentina.
4. Jaschek، C. 1983. الفيزياء الفلكية ، نشرتها منظمة الدول الأمريكية.
5. مارتينيز ، د. التطور النجمي. فايليادا. تم الاسترجاع من: كتب جوجل.
6. اوستر ، ل. 1984. علم الفلك الحديث. افتتاحية Reverté.
7. الجمعية الاسبانية لعلم الفلك. 2009. 100 مفاهيم علم الفلك. Edycom SL
8. UNAM. علم الفلك عالي الطاقة. النجوم النيوترونية. تم الاسترجاع من: astroscu.unam.mx.
9. ويكيبيديا. تصنيف النجوم. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.
10. ويكيبيديا. نجمة. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.