مراحل حياة النجوم: نجوم السلسلة الرئيسية

بعد مضي مئات الآلف من الأعوام، تنتهي حياة النجوم الأولية، ليدخل النجم بعدها في مرحلة جديدة من حياته، تُعرف باسم السلسلة الرئيسية.

تتميز السلسلة الرئيسية بأنها الفترة الأطول في حياة النجم، فالنجوم تقضي معظم عمرها في هذه المرحلة. لننظر على سبيل المثال إلى نجم له كتلة تعادل كتلة شمسنا، نجم كهذا قد يقضي 10،000 مليون سنة من حياته في مرحلة السلسلة الرئيسية. وأيضاً مثالٌ آخر، نجومٌ لها كتلة تفوق كتلة شمسنا بـ15 مرة، أمثال هذه النجوم قد تقضي فترة تقارب العشرة ملايين سنة في مرحلة السلسة الرئيسية. من جهة أُخرى، فإن النجوم ذات الكتل الأقل، كنجوم لها كتلة تعادل ربع كتلة شمسنا، قد تقضي 70،000 مليون سنة من حياتها في تلك المرحلة، إذاً فالمدة التي يقضيها النجم في مرحلة السلسلة الرئيسية تتناسب عكساً مع كتلته.

تتميز مرحلة السلسلة الرئيسية أيضاً، بأنها المرحلة التي تبدأ فيها التفاعلات النووية، وهي تفاعلات تنقسم بشكل رئيس إلى قسمين: تفاعلات سلسلة بروتون-بروتون (PP Chain)، وتفاعلات دورة CNO .

لننظر إلى النجوم ذات الكتلة الهائلة، يكون الضغط المطبق على أنويتها كبيراً جداً بحيث يسمح لتفاعلات دورة CNO بالحدوث، يمكن لتلك التفاعلات أن ترفع حرارة النجم إلى ما يقارب 18 مليون درجة مئوية، وهي مقتصرةٌ فقط على نواة النجم، بمعنى أن حرارة النواة تكون أكبر بكثير من حرارة السطح، وبالتالي سوف يسرع من عملية تحول الهيدروجين إلى ديتيريوم ومن ثم إلى تريتيوم ليصل إلى الهيليوم، وهذا ما يفسر قصر عمر النجوم صاحبة الكتلة الأكبر مقارنةً مع نظيراتها ذوات الكتلة الأصغر (حياة النجم تنتهي بانتهاء مخزون الهيدروجين فيه). إن النجوم السابقة تُدعى بنجوم السلسة الرئيسية العليا.

ماهي دروة CNO ؟

يرمز اسم الدورة إلى (Carbon، Nitrogen، Oxygen) ، تبدأ الدورة باندماج بروتون مع نواة كربون 12، ليعطي النيتروجين 13، وهي غير مستقرة ، لذا تطلق بوزيترون (الجسيم المضاد للإلكترون)، لتصبح نواة كربون 13. تندمج نواة الكربون 13 مع بروتون جديد، فتنتج نواة نيتروجين 14، و التي تندمج بدورها مع بروتون آخر لتعطي الأوكسجين 15، وهي أيضا غير مستقرة، لذا تطلق بوزيترون، متحولة إلى نواة نيتروجين 15، تندمج بدورها مع بروتون آخر، ثم تنقسم آنياً إلى هيليوم و كربون 12، لتبدأ السلسة من جديد.

تحدثنا عن نجوم السلسلة الرئيسية العليا، فهل هناك نجوم السلسلة الرئيسية الدنيا؟

نعم، تكون تلك النجوم ذات كتلة صغيرة، وبالتالي حرارة نواتها والضغط على نواتها لا يسمح لها ببدء تفاعلات دورة CNO، و عوضاً عن ذلك تستمد تلك النجوم حرارتها من تفاعلات سلسلة بروتون-بروتون، وباعتبار الحرارة والضغط منخفضين، فإن معدل التفاعلات النووية يكون أقل مما هو عليه في نجوم السلسلة الرئيسية العليا، وبالتالي تعيش هذه النجوم فترات أطول، نظراً لاستهلاكها للهيدروجين بمعدل أقل.

ماهي سلسلة بروتون-بروتون (PP Chain) ؟

السلسلة باختصار هي عبارة عن اندماج أربعة نوى هيدروجين منتجة الهيليوم. تبدأ السلسة باندماج نواتي هيدروجين مع بعضهما، لتعطيا الديتيرويوم (نظير الهيدروجين الثقيل) بعد إطلاق بوزيترون، ثم يندمج الديتيريوم مع نواة هيدروجين أُخرى (بروتون) ليعطي الهيليوم 3 (نظير الهيليوم الخفيف)، تسمى التفاعلات التي حصلت سابقاً باسم الفرع (1)، تندمج نواتج الفرع (1) مع بعضها البعض، أي تندمج نواتا هيليوم 3، لتشكل فيما بعد هيليوم 4، بعد إطلاق بروتونين.

يجدر بالذكر أنه يتم إطلاق أشعة غاما في كل عملية اندماج أو إطلاق لجسيم أولي في كلي نوعي التفاعلات (سلسلة بروتون-بروتون و دورة CNO ).

هل هنالك حد يفصل بين نجوم السلسلة العليا و نجوم السلسلة الدنيا ؟

نعم، و عند ذلك الحد يحدث نوعي التفاعلات، سلسلة بروتون-بروتون و دورة CNO. يحتوي ذلك الحد على نجوم تعادل كتلتها تقريباً 1،5 من كتلة شمسنا. جميع النجوم التي تقع فوق ذلك الحد تُدعى بنجوم السلسلة الرئيسية العليا، أما التي تقع تحته فتُدعى نجوم السلسلة الرئيسية الدنيا.

كيف يتم إسقاط ذلك على مخطط H-R؟

سواء كان النجم من السلسلة الرئيسية العليا أم الدنيا فإن كلا النوعين يخضعان لنفس الانتقال، إنما بمعدلات مختلفة.

عندما يدخل النجم مرحلة السلسلة الرئيسية، فإنه يبدأ من أسفل يمين المخطط كنجم بارد وباهت، و بعد بدء التفاعلات في نواته يبدأ النجم بالتحرك نحو الأعلى ونحو اليسار، أي نحو ازدياد درجة حرارته وشدته ونحو ازدياد قدره المطلق، يترافق ذلك مع احتراق الهيدروجين في نواته. ومع اقتراب انتهاء مخزون الهيدروجين في نواة النجم، يبدأ النجم بالتحرك نحو اليمين على المخطط، لتنخفض حرارته وليخرج من خط مرحلة السلسلة الرئيسية، ليدخل منطقة المرحلة الجديدة من حياته، ألا وهي العمالقة.

رابط المقال الاول من السلسلة:هنا

رابط المقال الثاني من السلسلة:هنا

المصدر:

هنا

المرجع:

Fundamental Astronomy 5th ed - H. Karttunen، et al.، (Springer، 2007) WW (1)