Pin
Send
Share
Send


غالبًا ما يتم التعبير عن الأطوال الكبيرة ، مثل نصف قطر النجم العملاق أو المحور شبه الرئيسي لنظام النجوم الثنائية ، من حيث الوحدة الفلكية (AU) - تقريبًا متوسط ​​المسافة بين الأرض والشمس (150 مليون كم) أو 93 مليون ميل).

التكوين والتطور

تبدأ النجمة في شكل سحابة من المواد تتكون أساسًا من الهيدروجين ، إلى جانب الهليوم وكميات ضئيلة من العناصر الأثقل. بمجرد أن يكون النجم النحاسي كثيفًا بدرجة كافية ، يتم تحويل بعض الهيدروجين بثبات إلى هيليوم من خلال عملية الاندماج النووي.23 يحمل الجزء المتبقي من الجزء الداخلي للنجم الطاقة بعيدًا عن القلب من خلال مجموعة من العمليات الإشعاعية والحرارية. يمنع الضغط الداخلي للنجم من الانهيار أكثر تحت جاذبيته. حالما يتم استنفاد وقود الهيدروجين في القلب ، فإن هذه النجوم لها على الأقل 0.4 مرة من كتلة الشمس24 توسيع لتصبح العملاقة الحمراء ، في بعض الحالات دمج العناصر الأثقل في القلب أو في قذائف حول النواة. يتطور النجم بعد ذلك إلى شكل متدهور ، يعيد تدوير جزء من المادة إلى بيئة ما بين النجوم ، حيث سيشكل جيلًا جديدًا من النجوم مع نسبة أعلى من العناصر الثقيلة.

تتشكل النجوم داخل مناطق ممتدة ذات كثافة أعلى في الوسط البينجمي ، على الرغم من أن الكثافة لا تزال أقل من داخل الفراغ الأرضي. وتسمى هذه المناطق السحب الجزيئية ويتكون معظمها من الهيدروجين ، مع حوالي 23-28 ٪ من الهيليوم وعدد قليل من العناصر أثقل. أحد الأمثلة على هذه المنطقة المكونة للنجوم هو سديم أوريون.25 كما تتشكل النجوم الضخمة من السحب الجزيئية ، فإنها تضيء تلك السحب بقوة. كما أنها تؤين الهيدروجين ، مما يخلق منطقة H II.

تشكيل البروتستار

يبدأ تكوين النجم بعدم استقرار الجاذبية داخل سحابة جزيئية ، وغالبًا ما تحدثه موجات صدمية من المستعرات الأعظمية (انفجارات نجمية هائلة) أو تصادم مجرتين (كما في مجرة ​​انفجار النجوم). بمجرد أن تصل المنطقة إلى كثافة كافية من المادة للوفاء بمعايير جينز عدم الاستقرار ، تبدأ في الانهيار تحت قوتها الجاذبية.

مع انهيار السحابة ، تشكل التكتلات الفردية للغبار الكثيف والغاز ما يعرف باسم Bok globules. يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 50 كتلة شمسية من المواد. مع انهيار الكروية وزيادة الكثافة ، يتم تحويل طاقة الجاذبية إلى حرارة وترتفع درجة الحرارة. عندما وصلت سحابة البروتستيلار تقريبًا إلى الحالة المستقرة للتوازن الهيدروستاتيكي ، تتشكل بروتستار في القلب.26 غالبًا ما تحيط هذه النجوم التسلسلية الرئيسية بقرص كوكبي أولي. تستمر فترة انكماش الجاذبية لحوالي 10-15 مليون سنة.

تسمى النجوم المبكرة التي تقل كتلتها الشمسية عن نجوم T Tauri ، بينما النجوم ذات الكتلة الأكبر هي نجوم Herbig Ae / Be. تنبعث هذه النجوم المولودة حديثًا من الغازات على طول محور دورانها ، مما ينتج عنه بقع صغيرة من السدم تعرف باسم أجسام Herbig-Haro.27

التسلسل الرئيسي

المقال الرئيسي: التسلسل الرئيسي

تقضي النجوم حوالي 90 بالمائة من عمرها في دمج الهيدروجين لإنتاج الهيليوم في تفاعلات درجات الحرارة العالية والضغط العالي بالقرب من القلب. يقال إن هذه النجوم تكون على التسلسل الرئيسي وتسمى النجوم القزمية. بدءًا من التسلسل الرئيسي للعمر الصفري ، ستزيد نسبة الهيليوم في قلب النجم بشكل مطرد. نتيجة لذلك ، من أجل الحفاظ على المعدل المطلوب للانصهار النووي في القلب ، ستزداد النجمة ببطء في درجة الحرارة واللمعان.28 على سبيل المثال ، تشير التقديرات إلى أن الشمس قد زادت في اللمعان بنحو 40 في المائة منذ أن وصلت إلى التسلسل الرئيسي قبل 4.6 مليار سنة.29

يولِّد كل نجم رياح نجمية من الجزيئات التي تسبب التدفق المستمر للغاز إلى الفضاء. بالنسبة لمعظم النجوم ، تكون كمية الكتلة المفقودة ضئيلة. الشمس تخسر 10−14 الكتل الشمسية كل عام ،30 أو حوالي 0.01 في المئة من مجموع كتلتها على مدى حياتها بأكملها. لكن النجوم الضخمة للغاية يمكن أن تخسر 10−7 الى 10−5 الكتل الشمسية كل عام ، مما يؤثر بشكل كبير على تطورها.31

مثال على مخطط هيرتسبرونغ راسل لمجموعة من النجوم تتضمن الشمس (وسط). (انظر "التصنيف" أدناه.)

تعتمد المدة التي يقضيها النجم على التسلسل الرئيسي في المقام الأول على كمية الوقود التي يجب أن يندمج بها والمعدل الذي يندمج فيه الوقود. وبعبارة أخرى ، كتلته الأولية وبريقها. بالنسبة للشمس ، يقدر هذا بحوالي 1010 سنوات. النجوم الكبيرة تستهلك الوقود بسرعة كبيرة وقصيرة الأجل. النجوم الصغيرة (تسمى الأقزام الحمراء) تستهلك وقودها ببطء شديد وتستمر عشرات المليارات من السنين. في نهاية حياتهم ، يصبحون ببساطة باهتة وخافتة.24 ومع ذلك ، لأن عمر هذه النجوم أكبر من العصر الحالي للكون (13.7 مليار سنة) ، لا يتوقع وجود مثل هذه النجوم حتى الآن.

إلى جانب الكتلة ، يمكن أن يلعب جزء من العناصر أثقل من الهليوم دورًا مهمًا في تطور النجوم. في علم الفلك ، تعتبر جميع العناصر الأثقل من الهيليوم "معدنًا" ، ويسمى التركيز الكيميائي لهذه العناصر بالمعادن. يمكن للمعادن أن تؤثر على المدة التي يحرق فيها نجم الوقود ، والتحكم في تكوين الحقول المغناطيسية وتعديل قوة الرياح النجمية. النجوم الأقدم ، عدد السكان II ، لديها معدن أقل بكثير من النجوم الأصغر سنا ، السكان I نظرًا لتكوين الغيوم الجزيئية التي تشكلت منها. (بمرور الوقت ، تصبح هذه السحب مخصبة بشكل متزايد بعناصر أثقل مع موت النجوم القديمة وإلقاء أجزاء من أجواءها.)

بعد تسلسل الرئيسية

كنجوم لا تقل عن 0.4 كتلة شمسية24 تستنفد إمداداتها من الهيدروجين في جوهرها ، وتتوسع طبقاتها الخارجية بشكل كبير وتبرد لتشكل عملاق أحمر. على سبيل المثال ، في حوالي 5 مليارات سنة ، عندما تكون الشمس عملاقة حمراء ، سوف تتوسع إلى دائرة نصف قطرها الأقصى تبلغ حوالي 1 AU (150،000،000 كم) ، أي 250 ضعف حجمها الحالي. كشركة عملاقة ، ستخسر الشمس حوالي 30 بالمائة من كتلتها الحالية.2932

في عملاق أحمر يصل إلى 2.25 كتلة شمسية ، يندمج اندماج الهيدروجين في طبقة قشرة تحيط بالنواة.33 في النهاية ، يتم ضغط القلب بدرجة كافية لبدء اندماج الهيليوم ، ويتقلص النجم تدريجياً في نصف القطر ويزيد من درجة حرارة سطحه. بالنسبة للنجوم الأكبر حجمًا ، تنتقل المنطقة الأساسية مباشرةً من اندماج الهيدروجين إلى هيليوم الدمج.34

بعد أن استهلك النجم الهيليوم في القلب ، يستمر الانصهار في قشرة حول قلب ساخن من الكربون والأكسجين. ثم يتبع النجم مسارًا تطوريًا يوازي المرحلة العملاقة الحمراء الأصلية ، ولكن عند درجة حرارة سطح أعلى.

نجوم هائلة

Betelgeuse هو نجم عملاق أحمر يقترب من نهاية دورة حياته

خلال مرحلة حرق الهيليوم ، تتسع نجوم الكتلة العالية جدًا التي تضم أكثر من تسع كتل شمسية لتكوين عمالقة حمراء. بمجرد استنفاد هذا الوقود في القلب ، يمكن أن يستمر في دمج العناصر أثقل من الهيليوم.

العقود الأساسية حتى درجة الحرارة والضغط تكفي لدمج الكربون (انظر عملية حرق الكربون). تستمر هذه العملية ، مع المراحل المتعاقبة التي تغذيها النيون (انظر عملية حرق النيون) ، والأكسجين (انظر عملية حرق الأكسجين) ، والسيليكون (انظر عملية حرق السيليكون). قرب نهاية عمر النجم ، يمكن أن يحدث الانصهار على طول سلسلة من قذائف طبقة البصل داخل النجم. كل قذيفة تدمج عنصرًا مختلفًا ، حيث تلتحم القشرة الخارجية الهيدروجين ؛ قذيفة المقبل الهليوم الصمامات ، وهلم جرا.35

يتم الوصول إلى المرحلة النهائية عندما يبدأ النجم في إنتاج الحديد. نظرًا لأن نوى الحديد مرتبطة بإحكام أكثر من أي نوى أثقل ، فإذا تم صهرها فإنها لا تطلق الطاقة - على العكس ، ستستهلك الطاقة. وبالمثل ، نظرًا لكونها أكثر ارتباطًا من كل النوى الأخف ، فلا يمكن إطلاق الطاقة عن طريق الانشطار.33 في النجوم القديمة الضخمة نسبيًا ، سيتراكم قلب كبير من الحديد الخامل في وسط النجم. يمكن للعناصر الأثقل في هذه النجوم أن تشق طريقها إلى السطح ، مكونة كائنات متطورة تعرف باسم نجوم وولف رايت التي لها ريح نجميّة كثيفة تسفّك الجو الخارجي.

انهدام

سيقوم نجم متطور متوسط ​​الحجم بإلقاء طبقاته الخارجية كسديم كوكبي. إذا كان ما تبقى بعد سقوط الغلاف الجوي الخارجي أقل من 1.4 كتلة شمسية ، فإنه يتقلص إلى جسم صغير نسبياً (بحجم الأرض) ليس هائلاً بما يكفي لحدوث مزيد من الانضغاط ، المعروف باسم القزم الأبيض.36 لم تعد المادة المتحللة بالإلكترون داخل قزم أبيض بلازما ، على الرغم من أن النجوم يشار إليها عمومًا على أنها كرات من البلازما. سوف تتلاشى الأقزام البيضاء في النهاية إلى أقزام سوداء خلال فترة زمنية طويلة جدًا.

سديم السلطعون ، بقايا المستعر الأعظم الذي شوهد لأول مرة حوالي عام 1050 م.

في النجوم الأكبر ، يستمر الانصهار حتى ينمو القلب الحديدي كبيرًا جدًا (أكثر من 1.4 كتلة شمسية) بحيث لم يعد بإمكانه دعم كتلته الخاصة. سوف ينهار هذا النواة فجأة حيث يتم توجيه الإلكترونات الخاصة به إلى بروتوناته ، مما يؤدي إلى تكوين نيوترونات ونيوترينو في موجة من انحلال بيتا العكسي ، أو التقاط الإلكترون. وحدثت الهزة الارضية الناتجة عن هذا الانهيار المفاجئ في انفجار بقية النجوم في سوبر نوفا. المستعرات الأعظمية ساطعة لدرجة أنها قد تتفوق لفترة وجيزة على مجرة ​​النجم الرئيسية بأكملها. عندما تحدث داخل مجرة ​​درب التبانة ، فإن المستعرات الأعظمية قد لوحظت تاريخيا من قبل المراقبين بالعين المجردة على أنهم "نجوم جدد" لم تكن موجودة من قبل.37

إنفجر المستعرات الأعظمية معظم المادة الموجودة في النجم (تشكل السدم مثل سديم السلطعون)37وما تبقى سيكون نجمًا نيوترونيًا (يظهر في بعض الأحيان كنجم نابض أو أشعة سينية) أو ، في حالة أكبر النجوم (كبيرة بما يكفي لترك بقايا نجمي أكبر من حوالي 4 كتل شمسية) ، أسود الفجوة.38 في النجم النيوتروني ، تكون المادة في حالة تُعرف باسم المادة المنحلة للنيوترونات ، مع شكل أكثر غرابةً من المادة المتدهورة ، المسألة QCD ، وربما تكون موجودة في القلب. داخل ثقب أسود ، المسألة في حالة غير مفهومة حاليًا.

تشتمل الطبقات الخارجية المنفوخة للنجوم المحتضرة على عناصر ثقيلة يمكن إعادة تدويرها أثناء تكوين نجم جديد. هذه العناصر الثقيلة تسمح بتكوين كواكب صخرية. يلعب التدفق الخارجي من المستعرات الأعظمية والرياح النجمية للنجوم الكبيرة دوراً مهماً في تشكيل الوسط البينجمي.37

توزيع

نجم قزم أبيض في مدار حول سيريوس (انطباع الفنان). صورة ناسا

بالإضافة إلى النجوم المنعزلة ، يمكن أن يتكون نظام النجوم المتعددة من نجمين أو أكثر من النجوم الجاذبية التي تدور حول بعضها البعض. أكثر أنظمة النجوم المتعددة شيوعًا هو نجم ثنائي ، ولكن توجد أيضًا أنظمة لثلاثة نجوم أو أكثر. لأسباب تتعلق بالثبات المداري ، غالبًا ما يتم تنظيم هذه الأنظمة متعددة النجوم في مجموعات هرمية من النجوم الثنائية المدارية.39 كما توجد مجموعات أكبر تسمى مجموعات النجوم. وتتراوح هذه من الارتباطات النجمية فضفاضة مع عدد قليل من النجوم ، وتصل إلى مجموعات كروية هائلة مع مئات الآلاف من النجوم.

لقد كان من الافتراضات القديمة أن غالبية النجوم تحدث في أنظمة متعددة النجوم مرتبطة بالجاذبية. وينطبق هذا بشكل خاص على النجوم من فئة O و B ، حيث يعتقد أن 80 في المائة من الأنظمة متعددة. ومع ذلك ، يزداد عدد أنظمة النجوم الفردية للنجوم الأصغر ، بحيث يُعرف أن 25 في المائة فقط من الأقزام الحمراء لديهم رفقاء نجميون. بما أن 85 في المائة من جميع النجوم أقزام حمراء ، فمن المحتمل أن تكون معظم النجوم في درب التبانة عازبة منذ الولادة.40

لا تنتشر النجوم بشكل موحد في جميع أنحاء الكون ، ولكن يتم تجميعها عادة في المجرات جنبا إلى جنب مع الغاز بين النجوم والغبار. تحتوي المجرة النموذجية على مئات المليارات من النجوم. وفقًا لفريق من علماء الفلك بقيادة كريستوفر كونسيليس ، يحتوي الكون على ما لا يقل عن تريليوني من المجرات ، أي عشرة أضعاف ما كان يعتقد سابقًا.41 بينما يُعتقد غالبًا أن النجوم موجودة فقط داخل المجرات ، إلا أنه تم اكتشاف النجوم بين المجرات.42 يقدر علماء الفلك أن هناك ما لا يقل عن 70 سكستليون (7 × 10)22) النجوم في الكون الذي يمكن ملاحظته.43

أقرب نجم على الأرض ، باستثناء الشمس ، هو Proxima Centauri ، الذي يبلغ 39.9 تريليون (10)12) كيلومترات أو 4.2 سنة ضوئية. يستغرق ضوء Proxima Centauri 4.2 سنوات للوصول إلى الأرض. عند السفر بسرعة مدارية لمكوك الفضاء (5 أميال في الثانية - ما يقرب من 30000 كيلومتر في الساعة) ، سيستغرق الوصول إلى هناك حوالي 150،000 عام.44 مسافات مثل هذه هي نموذجي داخل أقراص المجرة ، بما في ذلك بالقرب من النظام الشمسي.45 يمكن أن تكون النجوم أقرب إلى بعضها البعض في مراكز المجرات وفي التجمعات الكروية ، أو أبعد بكثير في الهالات المجرية.

بسبب المسافات الشاسعة نسبيًا بين النجوم خارج النواة المجرية ، يُعتقد أن التصادمات بين النجوم أمر نادر الحدوث. في المناطق الأكثر كثافة مثل قلب التجمعات الكروية أو مركز المجرة ، يمكن أن تكون الاصطدامات أكثر شيوعًا.46 مثل هذه الاصطدامات يمكن أن تنتج ما يعرف باسم المشطون الأزرق. تتمتع هذه النجوم الشاذة بدرجة حرارة سطح أعلى من نجوم التسلسل الرئيسية الأخرى ذات اللمعان نفسه في الكتلة.47

مميزات

الشمس هي أقرب نجم إلى الأرض

يتم تحديد كل شيء تقريبًا عن النجم من خلال كتلته الأولية ، بما في ذلك الخصائص الأساسية مثل اللمعان والحجم ، بالإضافة إلى تطور النجم وعمره ومصيره النهائي.

عمر

تتراوح أعمار معظم النجوم بين مليار وعشرة مليارات سنة. قد تكون بعض النجوم حتى ما يقرب من 13.7 مليار سنة - عمر الكون المرصود. يبلغ عمر أقدم نجم اكتشف حتى الآن ، هو 1523-0901 ، حوالي 13.2 مليار سنة.48

كلما كان النجم أكثر ضخامة ، كلما كان عمره أقصر ، وذلك لأن النجوم الضخمة لها ضغط أكبر على النوى ، مما يؤدي إلى حرق الهيدروجين بسرعة أكبر. تستمر معظم النجوم الهائلة بمعدل مليون عام تقريبًا ، في حين أن النجوم ذات الكتلة الدنيا (الأقزام الحمراء) تحرق وقودها ببطء شديد وتستمر عشرات المليارات من السنين.

التركيب الكيميائي

عندما تتشكل النجوم ، تتألف من حوالي 70 في المائة من الهيدروجين و 28 في المائة من الهيليوم ، كما تقاس بالكتلة ، مع جزء صغير من العناصر الأثقل. عادةً ما يتم قياس جزء من العناصر الثقيلة من حيث محتوى الحديد في الغلاف الجوي للنجوم ، حيث أن الحديد عنصر شائع وخطوط الامتصاص سهلة القياس نسبيًا. ولأن السحب الجزيئية التي تتشكل فيها النجوم مخصبة بثبات بعناصر أثقل من انفجارات المستعرات الأعظمية ، يمكن استخدام قياس التركيب الكيميائي للنجم لاستنتاج عصره. جزء العناصر الأثقل قد يكون أيضًا مؤشرًا على احتمال أن يكون للنجم نظام كوكبي.49

النجم الذي يحتوي على أقل محتوى من الحديد يُقاس على الإطلاق هو القزم HE1327-2326 ، حيث يحتوي فقط على 1،000،000 من محتوى الحديد من الشمس.50 على النقيض من ذلك ، فإن النجم الغني بالمعادن الفائقة μ Leonis لديه ضعف ما يقرب من وفرة الحديد مثل الشمس ، بينما النجم الحامل للكوكب 14 Herculis لديه ما يقرب من ثلاثة أضعاف الحديد.51 هناك أيضًا نجوم غريبة كيميائيًا تظهر وفرة غير عادية من عناصر معينة في طيفها ؛ لا سيما الكروم والعناصر الأرضية النادرة.52

قطر الدائرة

نظرًا لبعد المسافة عن الأرض ، تظهر كل النجوم باستثناء الشمس للعين البشرية كنقاط مشرقة في سماء الليل التي تتلألأ بسبب تأثير الغلاف الجوي للأرض. الشمس أيضًا نجم ، لكنها قريبة جدًا من الأرض لتظهر كقرص بدلاً من ذلك ، وتوفر ضوء النهار. بخلاف الشمس ، فإن النجم ذو الحجم الأكبر هو R Doradus ، ويبلغ قطره الزاوي 0.057 ثانية فقط.53

إن أقراص معظم النجوم صغيرة جدًا في حجمها الزاوي بحيث لا يمكن ملاحظتها بواسطة التلسكوبات الضوئية الأرضية الحالية ، ولذا فإن تلسكوبات التداخل مطلوبة لإنتاج صور لهذه الكائنات. طريقة أخرى لقياس الحجم الزاوي للنجوم هي من خلال الإغماء. من خلال قياس الانخفاض في سطوع النجم بدقة كما يحدث من قبل القمر (أو ارتفاع السطوع عندما يظهر مرة أخرى) ، يمكن حساب قطر الزاوي للنجم.54

يتراوح حجم النجوم بين النجوم النيوترونية ، والتي يتراوح قطرها بين 20 إلى 40 كم ، إلى العملاقين مثل Betelgeuse في كوكبة أوريون ، التي يبلغ قطرها حوالي 650 مرة أكبر من الشمس - حوالي 0.9 مليار كيلومتر. ومع ذلك ، فإن Betelgeuse له كثافة أقل بكثير من الشمس.55

معادلات الحركة

يمكن أن توفر حركة النجم نسبة إلى الشمس معلومات مفيدة حول أصل النجم وعمره ، وكذلك بنية وتطور المجرة المحيطة. تتكون مكونات حركة النجم من السرعة الشعاعية نحو الشمس أو بعيدًا عنها ، والحركة الزاوية الزاوية ، والتي تسمى حركتها الصحيحة.

يتم قياس السرعة الشعاعية من خلال التحول دوبلر من الخطوط الطيفية للنجم ، وتعطى في وحدات من كم / ثانية. يتم تحديد الحركة المناسبة للنجم من خلال قياسات فلكية دقيقة بوحدات من الثواني الملي ثانية (ماس) في السنة. بتحديد المنظر للنجم ، يمكن عندئذٍ تحويل الحركة المناسبة إلى وحدات من السرعة. من المحتمل أن تكون النجوم ذات معدلات الحركة المرتفعة قريبة من الشمس ، مما يجعلها مرشحة جيدة لقياسات المنظر.56

بمجرد معرفة كلا معدلات الحركة ، يمكن حساب سرعة الفضاء للنجم بالنسبة للشمس أو المجرة. من بين النجوم القريبة ، وجد أن عدد السكان I stars لديهم سرعات أقل بشكل عام من النجوم الأكبر سناً ، II. هذه الأخيرة لها مدارات بيضاوية تميل إلى مستوى المجرة.57 كما أدت المقارنة بين حركيات النجوم القريبة إلى تحديد الارتباطات النجمية. هذه على الأرجح مجموعات من النجوم تشترك في نقطة منشأ مشتركة في السحب الجزيئية العملاقة.

حقل مغناطيسي

المجال المغنطيسي السطحي لـ SU Aur (نجم شاب من نوع T Tauri) ، أعيد بناؤه باستخدام تصوير Zeeman-Doppler

يتم إنشاء المجال المغناطيسي للنجم داخل المناطق الداخلية حيث يحدث الحمل الحراري. تعمل هذه الحركة من البلازما الموصلة مثل دينامو ، وتوليد الحقول المغناطيسية التي تمتد في جميع أنحاء النجم. تختلف قوة المجال المغناطيسي حسب كتلة وتكوين النجم ، وتعتمد كمية نشاط السطح المغناطيسي على معدل دوران النجم. ينتج هذا النشاط السطحي نقاط نجوم ، وهي مناطق ذات حقول مغناطيسية قوية وأقل من درجات حرارة السطح العادية. تقوم حلقات الاكليلية بتقسيم الحقول المغناطيسية التي تصل إلى الهالة من المناطق النشطة. التوهجات النجمية عبارة عن رشقات من جزيئات الطاقة العالية المنبعثة بسبب النشاط المغناطيسي نفسه.58

تميل النجوم الشابة سريعة الدوران إلى الحصول على مستويات عالية من النشاط السطحي بسبب مجالها المغناطيسي. يمكن أن يعمل الحقل المغنطيسي على الرياح النجمية للنجوم ، ومع ذلك ، يعمل ككابح لإبطاء معدل الدوران تدريجياً كلما كبر النجم. وبالتالي ، فإن النجوم الأقدم مثل الشمس لها معدل دوران أبطأ بكثير ومستوى نشاط سطح أقل. تميل مستويات نشاط النجوم الدوارة ببطء إلى التغيير بشكل دوري ويمكن أن تغلق تمامًا لفترات.59 خلال الحد الأدنى من Maunder ، على سبيل المثال ، خضعت الشمس لمدة 70 عامًا مع عدم وجود أي نشاط للبقع الشمسية تقريبًا.

كتلة

واحدة من أكثر النجوم الهائلة المعروفة هي إيتا كاريناي ،60 مع 100-150 أضعاف كتلة الشمس ؛ عمرها قصير للغاية عدة ملايين من السنين على الأكثر. تشير دراسة حديثة إلى مجموعة الأقواس إلى أن 150 كتلة شمسية هي الحد الأعلى للنجوم في العصر الحالي للكون.61 سبب هذا الحد غير معروف على وجه التحديد ، لكن يرجع جزئيًا إلى لمعان Eddington الذي يحدد الحد الأقصى لمقدار اللمعان الذي يمكن أن يمر عبر الغلاف الجوي للنجم دون إخراج الغازات إلى الفضاء.

تم إضاءة سديم انعكاس NGC 1999 ببراعة بواسطة V380 Orionis (الوسط) ، وهو نجم متغير مع كتلة الشمس حوالي 3.5 أضعاف. صورة ناسا

قد تكون النجوم الأولى التي تشكلت بعد الانفجار الكبير أكبر ، حتى 300 كتلة شمسية أو أكثر ،62 بسبب الغياب الكامل للعناصر أثقل من الليثيوم في تكوينها. هذا الجيل من النجوم الهائلة من السكان III قد انقرض منذ فترة طويلة ، وهو الآن نظري فقط.

مع كتلة 93 مرة فقط من كوكب المشتري ، AB Doradus C ، المرافق لـ AB Doradus A ، هو أصغر نجم معروف يخضع للانصهار النووي في جوهره.63 بالنسبة للنجوم ذات المعدن المشابه للشمس ، فإن الحد الأدنى النظري للكتلة التي يمكن أن يتمتع بها النجم ، وما زال يخضع للانصهار في القلب ، يقدر بحوالي 75 مرة كتلة كوكب المشتري.64 عندما تكون المعدن منخفضًا جدًا ، وجدت دراسة حديثة لأضعف النجوم أن الحجم الأدنى للنجم يبدو حوالي 8.3 بالمائة من الكتلة الشمسية ، أو حوالي 87 ضعف كتلة كوكب المشتري.6564 تسمى الأجسام الصغيرة الأقزام البنية ، التي تشغل مساحة رمادية ضعيفة التعريف بين النجوم وعمالقة الغاز.

مزيج من دائرة نصف قطرها وكتلة نجم يحدد خطورة السطح. تتمتع النجوم العملاقة بجاذبية سطحية أقل بكثير من النجوم المتسلسلة الرئيسية ، في حين أن العكس هو الحال بالنسبة للنجوم المتدهورة والمدمجة مثل الأقزام البيضاء. يمكن أن تؤثر الجاذبية السطحية على مظهر طيف النجم ، حيث تسبب الجاذبية العالية اتساع خطوط الامتصاص.11

دوران

يمكن تقريب معدل دوران النجوم من خلال القياس الطيفي ، أو يتم تحديده بشكل أكثر دقة من خلال تتبع معدل دوران نجوم النجوم. يمكن أن يكون للنجوم الصغيرة معدل دوران سريع أكبر من 100 كم / ثانية عند خط الاستواء. على سبيل المثال ، تتمتع نجمة Achernar من فئة B بقدرة دوران استوائية تبلغ حوالي 225 كم / ثانية ، مما يمنحها قطرًا استوائيًا أكبر من المسافة بين القطبين بأكثر من 50 بالمائة. معدل الدوران هذا أقل بقليل من السرعة الحرجة البالغة 300 كم / ثانية حيث سيتفكك النجم.66 على النقيض من ذلك ، لا تدور الشمس إلا مرة واحدة كل 25 إلى 35 يومًا ، مع سرعة استوائية تبلغ 1.994 كم / ثانية. يعمل الحقل المغناطيسي للنجم والرياح النجمية على إبطاء معدل دوران نجم التسلسل الرئيسي بمقدار كبير مع تطوره على التسلسل الرئيسي.67

تقلصت النجوم المنحلة إلى كتلة مدمجة ، مما أدى إلى معدل دوران سريع. ومع ذلك لديهم معدلات دوران منخفضة نسبيًا مقارنة بما هو متوقع من خلال الحفاظ على الزخم الزاوي - ميل جسم دوار للتعويض عن تقلص في الحجم عن طريق زيادة معدل دورانه. يتبدد جزء كبير من الزخم الزاوي للنجم نتيجة لفقدان الكتلة من خلال الرياح النجمية.68 على الرغم من ذلك ، يمكن أن يكون معدل الدوران للنجم النابض سريعًا جدًا. النابض في قلب سديم السلطعون ، على سبيل المثال ، يدور 30 ​​مرة في الثانية.69 سوف يتباطأ معدل دوران النابض تدريجياً بسبب انبعاث الإشعاع.

درجة الحرارة

يتم تحديد درجة الحرارة السطحية لنجم التسلسل الرئيسي من خلال معدل إنتاج الطاقة في قلب دائرة نصف قطرها وغالبا ما يتم تقديرها من مؤشر لون النجم.70 عادةً ما تُعطى كدرجة حرارة فعالة ، وهي درجة حرارة الجسم الأسود المثالي الذي يشع طاقته بنفس لمعان المساحة السطحية للنجم. لاحظ أن درجة الحرارة الفعالة ليست سوى قيمة تمثيلية ، حيث أن النجوم لها في الواقع درجة حرارة متدرجة تنخفض مع زيادة المسافة من القلب.71 تبلغ درجة الحرارة في المنطقة الأساسية للنجم عدة ملايين من الكلفن.72

ستحدد درجة الحرارة النجمية معدل تنشيط أو تأين العناصر المختلفة ، مما يؤدي إلى وجود خطوط امتصاص مميزة في الطيف. تُستخدم درجة حرارة سطح النجم ، إلى جانب حجمه البصري المطلق وميزات الامتصاص ، لتصنيف نجم (انظر التصنيف أدناه).11

يمكن أن يكون للنجوم المتسلسلة الرئيسية الضخمة درجات حرارة سطحية تصل إلى 50،000 كلفن. درجات الحرارة السطحية العملاقة المنخفضة نسبياً تبلغ حوالي 3600 كلفن ، لكن لديها أيضًا لمعان عالٍ بسبب مساحتها الخارجية الكبيرة.73

إشعاع

الطاقة التي تنتجها النجوم ، كمنتج ثانوي للانصهار النووي ، تشع في الفضاء كإشعاع كهرومغناطيسي وإشعاع جسيم. يتجلى إشعاع الجسيمات المنبعث من نجمة كالرياح النجمية74 (الموجود كتيار مستمر من جزيئات مشحونة كهربائيًا ، مثل البروتونات الحرة وجزيئات ألفا وجزيئات بيتا المنبعثة من الطبقات الخارجية للنجم) وكتدفق ثابت من النيوتريونات المنبثقة من قلب النجم.

إن إنتاج الطاقة في القلب هو السبب في تألق النجوم ببراعة: في كل مرة تندمج فيها نواة ذرية أو أكثر لعنصر واحد معًا لتشكل نواة ذرية لعنصر أثقل جديد ، يتم إطلاق فوتونات شعاع غاما من تفاعل الاندماج النووي. يتم تحويل هذه الطاقة إلى أشكال أخرى من الطاقة الكهرومغناطيسية ، بما في ذلك الضوء المرئي ، بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى الطبقات الخارجية للنجم.

يعتمد لون النجم ، كما هو محدد بواسطة تردد الذروة المرتفعة للضوء المرئي ، على درجة حرارة الطبقات الخارجية للنجم ، بما في ذلك صوره الضوئية.75 إلى جانب الضوء المرئي ، تنبعث النجوم أيضًا من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي غير المرئي للعين البشرية. في الواقع ، يمتد الإشعاع الكهرومغناطيسي النجمي إلى الطيف الكهرمغنطيسي بأكمله ، من أطول أطوال موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء إلى أقصر أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. جميع مكونات الإشعاع الكهرومغناطيسي النجمي ، المرئي وغير المرئي ، عادة ما تكون مهمة.

باستخدام الطيف النجمي ، يمكن للفلكيين أيضًا تحديد درجة حرارة السطح ، وجاذبية السطح ، والمعدنية والسرعة الدورانية للنجم. إذا كانت مسافة النجم معروفة ، مثل قياس المنظر ، فيمكن اشتقاق لمعان النجم. يمكن بعد ذلك تقدير الكتلة ، نصف القطر ، الجاذبية السطحية ، وفترة الدوران بناءً على النماذج النجمية. (يمكن قياس الكتلة مباشرة للنجوم في الأنظمة الثنائية. تقنية الإغلاق الدقيق للجاذبية ستنتج كتلة النجم.76مع هذه المعلمات ، يمكن لعلماء الفلك أيضًا تقدير عمر النجم.77

لمعان

في علم الفلك ، اللمعان هو مقدار الضوء ، وأشكال أخرى من الطاقة الإشعاعية ، يشع النجم لكل وحدة زمنية. يتم تحديد لمعان نجم من دائرة نصف قطرها ودرجة حرارة السطح. ومع ذلك ، لا تشع العديد من النجوم بتدفق منتظم - مقدار الطاقة المشعة لكل وحدة مساحة - عبر كامل سطحها. على سبيل المثال ، يتمتع نجم Vega الذي يدور بسرعة ، بتدفق أعلى للطاقة في أقطابه مقارنة بطول خط الاستواء.78

تُعرف البقع السطحية ذات درجة الحرارة المنخفضة واللمعان عن المتوسط ​​باسم البقع النجمية. صغير، قزم تحتوي النجوم ، مثل الشمس ، بشكل عام ، على أقراص لا نظير لها تحتوي على نقاط نجوم صغيرة فقط. أكبر، عملاق النجوم لديها أكبر بكثير ، وأكثر من ذلك بكثير النجوم واضحة ،79 كما أنها تظهر سواد الطرف نجمي قوي. وهذا يعني أن السطوع ينخفض ​​باتجاه حافة القرص النجمي.80 قد تمتلك النجوم الحمراء المضيئة مثل UV Ceti أيضًا ميزات النجوم البارزة.81

الحجم

يتم قياس السطوع الظاهر للنجم بحجمه الظاهر ، وهو سطوع النجم فيما يتعلق بريق النجم ، المسافة من الأرض ، وتغيير ضوء النجم أثناء مروره عبر الغلاف الجوي للأرض. الحجم الجوهري أو المطلق هو ما يمكن أن يكون عليه الحجم الظاهر للنجمة إذا كانت المسافة بين الأرض والنجم 10 بارسيك (32.6 سنة ضوئية) ، وهي مرتبطة مباشرة باضاءة النجم.

عدد النجوم أكثر إشراقا من الحجم
واضح
الحجم
رقم
النجوم82
04
115
248
3171
4513
51,602
64,800
714,000

كلا المقاييس الظاهرة والمطلقة هي وحدات لوغاريتمية: فرق واحد في العدد الكلي يساوي تباين السطوع حوالي 2.5 مرة83 (الجذر الخامس من 100 أو حوالي 2.512). هذا يعني أن النجم ذي الحجم الأول (+1.00) يكون أكثر إشراقًا بنحو 2.5 مرة من النجم ذي الحجم الثاني (+2.00) ونحو 100 مرة أكثر إشراقًا من النجم ذي الحجم السادس (+6.00). أضعف النجوم المرئية للعين المجردة في ظل ظروف رؤية جيدة تبلغ قوتها +6.

على كل من المقاييس الظاهرة والمطلقة ، كلما كان الرقم أصغر ، كان النجم أكثر إشراقًا ؛ أكبر عدد الضخامة ، والرسام. ألمع النجوم ، على أي مقياس ، لها أرقام سلبية. يتم احتساب التباين في السطوع بين نجمتين بطرح رقم حجم النجم الأكثر إشراقًا (مب) من رقم حجم النجم الخافت (مF) ، ثم استخدام الفرق باعتباره الأس للرقم الأساسي 2.512 ؛ ذلك بالقول:

الاختلاف في السطوع

بالنسبة إلى كل من السطوع والبعد عن الأرض ، فإن الحجم المطلق (M) والحجم الظاهر (m) لا يعادلان النجم الفردي ؛83 على سبيل المثال ، النجم الساطع سيريوس له حجم ظاهري قدره .441.44 ، لكن حجمه مطلق يبلغ +1.41.

تبلغ درجة حرارة الشمس 26.6، ، لكن حجمها المطلق هو +4.83 فقط. سيريوس ، ر

Pin
Send
Share
Send