فضا-زمان و انواع ستاره ها
ما آدما به دنیا میاییم، یه مدت مشخصی زندگی می‌کنیم، بعدش میمیریم.
به نظر میاد اجرام آسمانی مثل ستاره‌ها و سیاره‌ها هم یه همچین وضعیتی دارن.
یعنی طی یه اتفاقاتی به وجود میان، یه مدت طولانی حضور دارن،
بعدش یا می‌میرن یا تبدیل میشن به یه چیز دیگه.
تا آخر این ویدیو با من باشید تا انواع ستاره‌هایی که تا حالا شناختیمو
با هم بررسی بکنیم و ببینیم که چیزای عجیبی مثل سیاهچاله‌ها
و ستاره‌های نوترونی چی هستن و چجوری به وجود میان.
اما آمار کانال نشون میده بیشتر از نصف کسایی که ویدیوها رو میبینن هنوز عضو کانال نشدن.
برای اینکه عضو بشید فقط و فقط کافیه روی دکمه‌ی سابسکرایب
یا اشتراک که پایین ویدیو هست کلیک کنید، هیچ هزینه‌ای برای شما نداره
اما برای من انگیزه‌ی خیلی بزرگیه برای ادامه‌ی کار.
خب قبل از اینکه وارد بحث اصلیمون بشیم لازمه که یه کوچولو از این صحبت کنم
که فضایی که تا حالا شناختیم چه ساختاری داره و چجوری کار میکنه.
خب همونطور که قبلنم گفتم، دنیای ما از سه بعد فضا و یه بعد زمان تشکیل شده.
پس در مجموع ۴ بعد داریم، یعنی برای هر چیزی تو این دنیا ۴ تا
عدد داریم: سه تای اول توضیح میدن که اون چیز در چه نقطه‌ای از فضا قرار گرفته،
چهارمی هم توضیح میده که در چه زمانی اونجا بوده.
در واقع هر چیزی که توی دنیای ما وجود داره،
تو یه محیط چهار بعدی به نام فضازمان قرار گرفته.
به صورت خلاصه، جرم یا ماده میتونه این بافت فضازمانو دچار خمیدگی کنه.
چون نشون دادن این خمیدگی تو چهار بعد کار راحتی نیست،
میاییم یه مقدار ساده‌ش می‌کنیم، توی سه بعد نشونش میدیم.
حالا نکته‌ی جالبی که اینجا باهاش کار داریم اینه که بر اساس
نسبیت عام اینشتین، این خمیدگی در واقع همون گرانشه.
یعنی یه جرمی مث کره‌ی زمین که توی فضازمان قرار گرفته، این بافت فضازمانو
دچار خمیدگی میکنه، که همین خمیدگی باعث میشه ماه به سمت زمین جذب بشه.
هرچقدر مقدار جرم بیشتر باشه خمیدگی بیشتری ایجاد میکنه.
پس خمیدگی‌ای که خورشید توی این بافت فضازمان ایجاد میکنه خیلی بیشتر از زمینه.
این آزمایش جالب خیلی کمک میکنه که درک روشنی
از خمیدگی فضازمان و جاذبه داشته باشیم.
ببینید اینجا این پارچه رو می‌تونیم یه نمایش سه بعدی از بافت فضازمان درنظر بگیریم.
هر جرمی که روی این پارچه قرار میدیم یه خمیدگی اطراف خودش ایجاد میکنه.
فرض کنید این وزنه‌ای که اینجا قرار میدیم، مثلا خورشید باشه.
حالا می‌بینید که این کره‌های کوچیکی که به خورشید ما نزدیک میشن،
توی خمیدگی‌ای که ایجاد کرده گیر میفتن و دورش می‌چرخن.
خیلی شبیه دنیای واقعیه، مدارشونم می‌بینید که بیضیه،
چون مدار سیارات به دور خورشیدم احتمالا میدونید که بیضیه دایره نیست.
یا مثلا وقتی که به خورشید نزدیک میشن سرعتشون بیشتر میشه، وقتی که دور
میشن سرعتشون کمتر میشه، که اینم دقیقا همون چیزیه که تو دنیای واقعی اتفاق میفته.
اما شاید این سوال براتون پیش بیاد که الان این سیاره‌ها بعد از چند دور
چرخیدن به خورشید نزدیک میشن و بهش برخورد میکنن.
چرا این اتفاق برای سیاره‌های واقعی نمیفته؟
وقتی یه چیزی رو، مثلا یه تیکه سنگو، به یه نخ می‌بندیمو دور سرمون می‌چرخونیم،
اون لحظه‌ای که نخو رها می‌کنیم سنگ با سرعت از ما دور میشه.
دلیل این اتفاق اینه که هر جسمی که توی یه مسیر دایره‌ای حرکت میکنه،
یه نیرویی به نام نیروی گریز از مرکز بهش وارد میشه.
این نیرو همیشه از طرف مرکز دایره به سمت خارج دایره‌ست.
موقع رانندگی هم این اتفاق زیاد میفته، یعنی وقتی که شما پیچ
جاده رو می‌پیچید، خودتون به سمت مخالف کشیده میشید.
این همون نیروی گریز از مرکزه که داره به شما وارد میشه.
دلیل اینکه یه سیاره‌ای مث زمین بعد از چند دور چرخیدن
به خورشید برخورد نمیکنه همین نیروی گریز از مرکزه.
یعنی خمیدگی‌ای که خورشید تو بافت فضازمان ایجاد کرده،
باعث شده که زمین به دورش بچرخه، بعد همین حرکت چرخشی یه نیروی
گریز از مرکز ایجاد کرده که باعث شده که زمین به سمت مخالف خورشید هل داده بشه.
درنهایت بین این دو تا نیرو یه تعادلی به وجود میاد که
باعث میشه که زمین روی یه مدار ثابت به دور خورشید بچرخه.
برای بقیه‌ی سیاراتم همینه، برای چرخش ماه به دور زمین یا ماهواره‌ها به دور زمینم همینه.
یعنی مثلا یه ماهواره رو که میخوان تو یه مدار اطراف زمین قرار بدن،
میان بر اساس چیزایی مث سرعتشو وزنش، توی یه فاصله‌ای از زمین
قرارش میدن که اون نیروی جاذبه‌ای که از طرف زمین به ماهواره وارد میشه،
با نیروی گریز از مرکزی که خود ماهواره به خاطر چرخشش دور زمین داره، برابر بشه.
اگه نیروی گریز از مرکز بیشتر بشه، ماهواره از مدار خارج میشه و از زمین دور میشه.
اگرم نیروی جاذبه بیشتر بشه که ماهواره میوفته روی زمین.
دلیل اینکه تو این آزمایش توپا بعد از دو سه دور چرخیدن
متوقف میشن همینه که نیروی گریز از مرکز کمی بهشون وارد میشه.
خب این یه مقدمه‌ی کوتاه بود که لازم بود در مورد فضازمان و گرانش بدونیم.
حالا بریم سراغ اینکه ببینیم ستاره‌ها چطوری تشکیل میشن و چه انواعی دارن.
خب داستان ما از انفجار بزرگ یا بیگ‌بنگ شروع میشه.
طبق نظر دانشمندا چندصد میلیون سال بعد از انفجار بزرگ،
گازای هیدروژنی که تو فضا پراکنده بودن کم‌کم بر اثر جاذبه کنار هم جمع میشن.
جاهایی که تراکمشون بیشتر بود، ابرای غلیظی از هیدروژن ایجاد شدن که با گذشت زمان
تبدیل شدن به کره‌هایی از گاز هیدروژن و شروع کردن به گرم شدن.
دلیلش اینه که اتمای هیدروژن وقتی از یه حدی به همدیگه نزدیکتر
میشن بینشون یه دافعه‌ی قوی به وجود میاد.
وقتی که جاذبه به این اتما فشار میاورد تا به هم نزدیکترشون کنه،
این نیروی دافعه باعث میشد که اتما با شدت بیشتری به همدیگه برخورد کنن
که این درنهایت باعث میشد که دماشون بالاتر بره.
همینطور با بزرگتر شدن این کره‌های هیدروژنی،
جاذبه هم بیشتر میشد و در نتیجه گرمای بیشتری تولید میشد.
به این ستاره‌های ابتدایی، پیش‌ستاره یا Protostar گفته میشه.
نهایت وقتی فشار و دما تو مرکز این پیش‌ستاره‌ها از یه حد
مشخصی بالاتر میره، فرایند گداخت یا همون همجوشی هسته‌ای شروع میشه.
یعنی به خاطر دما و فشار خیلی زیاد، اتمای هیدروژن با هم ترکیب میشن و
اتمای هلیوم بوجود میان، بعد تو این فرایند یه مقدار خیلی زیادی هم انرژی آزاد میشه.
همون اتفاقی که توی بمبای هیدروژنی میوفته.
اینجوری شد که اولین ستاره‌های جهان متولد شدن.
از کنار هم قرار گرفتن همین ستاره‌های اولیه بود که اولین کهکشانا ظاهر شدن.
این ستاره‌های اولیه بنا به دلایلی مثل اینکه موقع تولدشون مقدار خیلی زیادی
هیدروژن در دسترس داشتن، خیلی بزرگ و غول‌آسا بودن.
اما همین بزرگ بودن و دمای خیلی زیاد باعث میشد که
عمر نسبتا کوتاهی داشته باشن، در حد چند ده میلیون سال.
یعنی تمام سوختشونو توی یه مدت کوتاه میسوزوندن.
حالا اون همجوشی که داخل هسته‌ی ستاره‌ها ایجاد میشه، باعث میشه که
یه نیروی رو به بیرون به ستاره وارد بشه، اما در عوض گرانش
برعکس باعث میشه که یه نیرویی رو به داخل به ستاره وارد بشه.
یعنی به صورت خلاصه، یه توده‌ای از گاز هیدروژن داریم که تو فضا معلقه.
اتمای این گاز بر اثر جاذبه همینطور به هم فشرده میشن تا اینکه دماشون خیلی بالا میره.
همین باعث میشه که همجوشی اتفاق بیفته
یعنی انگار یه تعداد خیلی زیادی بمب هیدروژنی داخل ستاره منفجر میشه.
این انرژی خیلی زیاد میخواد ستاره رو تو فضا پخش کنه اما جاذبه جلوی این کارو میگیره.
در نهایت یه تعادلی بین این دو تا نیرو بوجود میاد که
یه کره از هیدروژن سوزان تو فضا ساخته بشه.
اینو بهش میگن تعادل هیدروستاتیک (Hydrostatic Equilibrium).
ایده‌ی کلی همه‌ی ستاره‌ها تقریبا همینه.
وقتی که بیشتر هیدروژنی که تو هسته‌ی ستاره‌های اولیه بود میسوزه و
تبدیل به هلیم میشه، تعادل بین این دو تا نیرو از بین میره.
یعنی انرژی حاصل از همجوشی کمتر و کمتر میشه در حالیکه جاذبه همچنان سرجاشه.
دیگه اون نیرویی که در برابر گرانش مقاومت میکرد از سر راهش کنار رفته،
براهمین گرانش با تمام قدرت همه چیزو به سمت مرکز ستاره فشار میده.
این اتفاقو بهش میگن رُمبِش.
رمبش یا implosion در واقع برعکس explosion یا انفجاره.
یعنی یه انفجار رو به داخل.
اتمای سازنده‌ی ستاره بر اثر گرانش شدید به سمت داخل ستاره فرو می‌ریزن، می‌رمبن.
این باعث میشه یه مقدار خیلی خیلی زیادی انرژی آزاد بشه و ستاره منفجر بشه.
به این اتفاق میگن ابرنواختر یا سوپرنوا.
نوری که از یه سوپرنوا آزاد میشه انقدر قویه که حتی میتونه از تمام
نور یه کهکشان که میلیاردها ستاره داره، بیشتر باشه.
تو این مدتی که ستاره مشغول تبدیل هیدروژن به هلیم بوده، یه مقدار کمیم
عناصر دیگه مث کربن و نیتروژن و اکسیژن هم تشکیل میشه.
غیر از این، باز در همون حین انفجار سوپرنوا هم هلیم به این عناصر سنگین‌تر تبدیل میشه.
در نهایت با انفجار ستاره، مواد سازنده‌ش تو فضا پراکنده میشن که بیشترش هیدروژن و
هلیومه، یه مقدار کمیشم عناصر سنگین‌تره مث همون کربن واکسیژن و نیتروژن و چیزای دیگه.
اما سر این بقایای ستاره‌های اولیه چی میاد؟
وقتی که این مواد تو فضا پراکنده میشن، ابرای قشنگی میسازن به نام سحابی یا نبیولا.
سحابیا محل تولد ستاره‌های جدیدن.
یعنی باز گرانش وارد عمل میشه و اونجاهایی که
اتمای بیشتری وجود داره اینارو کنار هم جمع میکنه.
دوباره کره‌هایی از گاز بوجود میاد که بر اثر جاذبه فشرده میشن و داغ میشن.
در نهایت از بقایای ستاره‌های اولیه ستاره‌های نسل دوم به وجود میان.
فرقشون با ستاره‌های نسل اول اینه که چیزی حدود یک درصدشون از اتمایی
غیر از هیدروژن و هلیم تشکیل شده، بعد مقدار دما و اندازه‌شونم معمولا
از ستاره‌های نسل اول کمتره، در نتیجه عمر بیشتری هم دارن.
باز ستاره‌های نسل سوم هم داریم که از بقایای ستاره‌های نسل دوم بوجود میان.
خورشید خودمون یه ستاره‌ی نسل سومه.
اینا نسبت به نسل قبلی عناصر سنگین بیشتری دارن، تقریبا بین 2 تا 5 درصد.
بعضی وقتا یه مقدار خیلی کمی از بقایای ستاره که بیشتر عناصر سنگین
و فلزات هستن باعث ایجاد سیاره‌هایی اطراف این ستاره‌ی جدید میشن.
برای همینه که گفته میشه ما از جنس غبار ستارهاییم.
یعنی ستاره‌ای که قبل از خورشید وجود داشته منفجر شده،
بیشتر بقایاش خورشیدو ساختن، یه مقدار خیلی کمیشم باعث
تشکیل این سیاره‌های اطراف خورشید شدن، ازجمله همین زمین خودمون.
که ما هم از اتمای روی زمین ساخته شدیم.
حالا این بحث ستاره‌های نسل اول و دوم و سومو می‌ذاریم کنار، میریم سر انواع ستاره‌ها.
خب پس گفتیم که کار اصلی که ستاره‌ها انجام میدن اینه که
با سوزوندن هیدروژن و تبدیلش به هلیوم، مقدار زیادی انرژی ازاد میکنن.
اما بهرحال هر ستاره‌ای یه مقدار مشخصی هیدروژن داره دیگه.
وقتی سوختش تموم شد چی؟
مساله اینه که این فرایند همجوشی به صورت عمده تو مرکز ستاره
اتفاق میفته چون اونجاست که فشار و دمای کافی برای انجام اینکار وجود داره.
وقتی که هیدروژن هسته‌ی یه ستاره تموم میشه، یعنی به صورت
کامل هسته‌ش از هلیوم تشکیل شده، همونطور که گفتم
اون تعادل بین نیروی رو به داخل و نیروی رو به خارج از بین میره.
اینجا گرانش باعث میشه که هسته‌ی ستاره به سمت داخل منقبض بشه، رمبش کنه.
اما خارج از هسته، یعنی اون لایه‌های بیرونی ستاره، هنوز یه مقادیری هیدروژن وجود داره.
انقباض هسته، گرمای خیلی زیادی تولید میکنه که باعث میشه اینبار اتمای هلیم
دچار همجوشی بشن، در نتیجه اتمای سنگین‌تری مث کربن به وجود میاد.
این افزایش گرما و فشار باعث میشه ستاره شروع کنه
به سوزوندن هیدروژنی که بیرون از هسته وجود داشته.
یعنی به یه منبع سوخت جدیدی که قبلا دسترسی نداشت دست پیدا میکنه.
پس هیدروژن لایه‌های بیرونی ستاره هم شروع میکنن به همجوشی و تولید انرژی.
