أنواع مختلفة من النجوم
النجوم عبارة عن كرات هائلة من الغاز المشتعل الذي يضيء الكون ويغذيه بالمواد اللازمة لنشوء عوالم صخرية وكائنات حية. أنها تأتي في العديد من الأنواع والأحجام المختلفة، من الأقزام البيضاء المشتعلة إلى العمالقة الحمراء المشتعلة.
غالبًا ما يتم تصنيف النجوم وفقًا لنوعها الطيفي. وعلى الرغم من أنها تبعث جميع ألوان الضوء، إلا أن التصنيف الطيفي يعتبر فقط ذروة هذا الانبعاث مؤشرًا لدرجة حرارة سطح النجم. باستخدام هذا النظام، تكون النجوم الزرقاء هي الأكثر سخونة وتسمى بالنوع O. أروع النجوم لونها أحمر وتسمى بالنوع M.
ما هي الأنواع السبعة الطيفية الرئيسية للنجوم؟
حسب زيادة درجة الحرارة فإن الفئات الطيفية للنجوم هي:
م (أحمر)
ك (برتقالي)
ز (أصفر)
F (أصفر-أبيض)
ابيض)
ب (أزرق-أبيض)
يا (الأزرق)
قد يتم التخلي عن هذا التصنيف اللطيف لصالح بديل وصفي أكثر. وبما أن أروع النجوم (الحمراء) عادة ما تكون الأصغر حجما، فإنها تسمى الأقزام الحمراء. على العكس من ذلك، غالبًا ما يُطلق على النجوم الأكثر سخونة اسم العمالقة الزرقاء. ومع ذلك، فمن الشائع أيضًا أن تصبح النجوم عمالقة حمراء في نهاية دورتها التطورية.
تختلف العديد من السمات الفيزيائية الأخرى بين الأنواع المختلفة للنجوم. وتشمل هذه درجة حرارة السطح، واللمعان (السطوع)، والكتلة (الوزن)، ونصف القطر (الحجم)، والعمر، والانتشار في الكون، ونقطة في الدورة التطورية النجمية. أفضل طريقة لفهم هذه الميزات للنجوم الأخرى هي مقارنتها مع ميزات أقرب نجم لنا، الشمس.
الشمس: الخصائص الفيزيائية
العمر: 10 مليار سنة
التطور: متوسط (4.5 مليار سنة)
اللمعان: 3.846 × 1026 واط
درجة الحرارة: 5,500 درجة مئوية
النوع الطيفي: G (أصفر)
نصف القطر: 695.500 كم
الكتلة: 1.98 × 1030 كجم
لفهم هذه القيم الشمسية، فإن الترميز 1026 يعني أن الرقم يحتوي على 26 صفرًا بعده. يتم قياس اللمعان بالواط (W) ودرجة الحرارة بالمئوية (درجة مئوية).
سيتم وصف أنواع النجوم المحددة أدناه من حيث الشمس. على سبيل المثال، كتلة 2 تعني كتلتين شمسيتين.
- النجوم القزمة الصفراء
العمر: 4 – 17 مليار سنة
التطور: مبكر، متوسط
درجة الحرارة: 5,000 – 7,300 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: G، F
اللمعان: 0.6 – 5.0
نصف القطر: 0.96 – 1.4
الكتلة: 0.8 – 1.4
معدل الانتشار: 10%
الشمس (انظر أعلاه)، وAlpha Centauri A (أحد أقرب جيراننا)، وKepler-22 (نجم له كوكب خارجي بحجم الأرض) هي أقزام صفراء. هذه المراجل النجمية هي في مقتبل حياتها لأنها تحرق وقود الهيدروجين في قلبها. وهذا يضعهم في “التسلسل الرئيسي” لتطور النجوم، حيث توجد غالبية النجوم. قد يكون اسم “القزم الأصفر” غير دقيق، لأن هذه النجوم عادة ما يكون لها لون أكثر بياضا. ومع ذلك، فإنها تظهر باللون الأصفر عند ملاحظتها من خلال الغلاف الجوي للأرض.
- النجوم القزمة البرتقالية
العمر: 17 – 73 مليار سنة
التطور: مبكر، متوسط
درجة الحرارة: 3,500 – 5,000 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: K
اللمعان: 0.08 – 0.6
نصف القطر: 0.7 – 0.96
الكتلة: 0.45 – 0.8
معدل الانتشار: 11%
Alpha Centauri B وEpsilon Eridani (نجم قريب به كوكب خارج المجموعة الشمسية) هما نجمان قزمان برتقاليان. وهي أصغر حجمًا وأكثر برودة وتعيش لفترة أطول من الأقزام الصفراء مثل شمسنا. مثل نظيراتها الأكبر حجمًا، فهي نجوم التسلسل الرئيسي التي تدمج الهيدروجين في قلوبها.
يظهر قزم برتقالي يسمى إبسيلون إريداني (يسار) بجوار شمسنا (يمين) في هذا الرسم التوضيحي.
يظهر قزم برتقالي يسمى إبسيلون إريداني (يسار) بجوار شمسنا (يمين) في هذا الرسم التوضيحي.
- النجوم القزمة الحمراء
العمر: 73 – 5500 مليار سنة
التطور: مبكر، متوسط
درجة الحرارة: 1,800 – 3,500 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: م
اللمعان: 0.0001 – 0.08
نصف القطر: 0.12 – 0.7
الكتلة: 0.08 – 0.45
معدل الانتشار: 73%
بروكسيما سنتوري (أقرب جيراننا)، ونجم بارنارد (نجم قريب)، وجليسي 581 (نجم ذو نظام كوكبي) كلها أقزام حمراء. هم أصغر نوع من نجوم التسلسل الرئيسي. الأقزام الحمراء بالكاد تكون ساخنة بدرجة كافية للحفاظ على تفاعلات الاندماج النووي المطلوبة لاستخدام وقود الهيدروجين الخاص بها. ومع ذلك، فهي النوع الأكثر شيوعًا من النجوم، نظرًا لعمرها الطويل بشكل ملحوظ والذي يتجاوز العمر الحالي للكون (13.8 مليار سنة). ويرجع ذلك إلى بطء معدل الاندماج والتدوير الفعال لوقود الهيدروجين عبر النقل الحراري بالحمل الحراري.
النجوم القزمة الحمراء الثنائية. النجم الأصغر، Gliese 623B، تبلغ كتلته 8٪ فقط من كتلة الشمس.
النجوم القزمة الحمراء الثنائية. النجم الأصغر، Gliese 623B، تبلغ كتلته 8٪ فقط من كتلة الشمس.
- الأقزام البنية
العمر: غير معروف (طويل)
التطور : لا يتطور
درجة الحرارة: 0 – 1800 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: L، T، Y (بعد M)
اللمعان: ~0.00001
نصف القطر: 0.06 – 0.12
الكتلة: 0.01 – 0.08
الانتشار: غير معروف (متعدد)
الأقزام البنية هي أجسام دون نجمية لم تجمع ما يكفي من المواد لتصبح نجومًا. فهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها توليد الحرارة اللازمة لدمج الهيدروجين. تشكل الأقزام البنية نقطة المنتصف بين أصغر النجوم القزمة الحمراء والكواكب الضخمة
وهي بنفس حجم كوكب المشتري تقريبًا، لكن يجب أن تكون أثقل بما لا يقل عن 13 مرة حتى تصبح قزمًا بنيًا. تبعث أجسامها الخارجية الباردة إشعاعات تتجاوز المنطقة الحمراء من الطيف، وبالنسبة للمراقب البشري، فإنها تبدو أرجوانية وليست بنية. عندما تبرد الأقزام البنية تدريجيًا، يصبح من الصعب التعرف عليها، ومن غير الواضح عددها الموجود.
اثنان من الأقزام البنية الصغيرة في نظام ثنائي (CFBDSIR 1458+10) يبعد 104 سنة ضوئية عن الأرض.
اثنان من الأقزام البنية الصغيرة في نظام ثنائي (CFBDSIR 1458+10) يبعد 104 سنة ضوئية عن الأرض.
- النجوم العملاقة الزرقاء
العمر: 3 – 4000 مليون سنة
التطور: مبكر، متوسط
درجة الحرارة: 7,300 – 200,000 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: O، B، A
السطوع: 5.0 – 9,000,000
نصف القطر: 1.4 – 250
الكتلة: 1.4 – 265
معدل الانتشار: 0.7%
يتم تعريف العمالقة الزرقاء هنا على أنها نجوم كبيرة ذات لون أزرق طفيف على الأقل، على الرغم من اختلاف التعريفات. وقد تم اختيار تعريف واسع لأن حوالي 0.7% فقط من النجوم تقع ضمن هذه الفئة.
ليست كل العمالقة الزرقاء هي نجوم التسلسل الرئيسي. يحترق النوع الأكبر والأكثر سخونة (النوع O) عبر الهيدروجين الموجود في قلوبها بسرعة كبيرة، مما يؤدي إلى تمدد طبقاتها الخارجية وزيادة لمعانها. درجة حرارتها المرتفعة تعني أنها تظل زرقاء خلال معظم هذا التوسع (على سبيل المثال، ريجل)، ولكن في النهاية قد تبرد لتصبح عملاقًا أحمر، أو عملاقًا فائقًا، أو عملاقًا مفرطًا.
يمكن للعمالقة الزرقاء التي تزيد كتلتها عن 30 كتلة شمسية أن تبدأ في التخلص من مساحات ضخمة من طبقاتها الخارجية، مما يكشف عن نواة فائقة الحرارة ومضيئة. وتسمى هذه النجوم وولف رايت. من المرجح أن تنفجر هذه النجوم الضخمة في شكل مستعر أعظم قبل أن تتمكن من التبريد للوصول إلى مرحلة تطورية لاحقة، مثل العملاق الأحمر العملاق. بعد السوبرنوفا، تتحول بقايا النجم إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود.
لقطة مقربة للنجم العملاق الأزرق ريجل. إنه أكبر بـ 78 مرة من الشمس ويحتل المرتبة السابعة في ألمع النجوم في سماء الليل (أي من الأرض).
لقطة مقربة للنجم العملاق الأزرق ريجل. إنه أكبر بـ 78 مرة من الشمس ويحتل المرتبة السابعة في ألمع النجوم في سماء الليل (أي من الأرض).
- النجوم العملاقة الحمراء
العمر: 0.1 – 2 مليار سنة
التطور: متأخر
درجة الحرارة: 3,000 – 5,000 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: M، K
اللمعان: 100 – 1000
نصف القطر: 20 – 100
الكتلة: 0.3 – 10
معدل الانتشار: 0.4%
الديبران وأركتوروس هما عمالقة حمراء. هذه النجوم في مرحلة تطورية متأخرة. كانت العمالقة الحمراء في السابق عبارة عن نجوم التسلسل الرئيسي (مثل الشمس) بكتلة تتراوح بين 0.3 و10 كتلة شمسية. لا تتحول النجوم الأصغر إلى عمالقة حمراء، لأنه بسبب النقل الحراري بالحمل الحراري، لا يمكن أن تصبح قلوبها كثيفة بدرجة كافية لتوليد الحرارة اللازمة للتوسع. تصبح النجوم الأكبر حجمًا عمالقة حمراء عملاقة أو عمالقة مفرطة (انظر أدناه).
في العمالقة الحمراء، يؤدي تراكم الهيليوم (من اندماج الهيدروجين)، وهو عنصر أثقل من الهيدروجين، إلى انكماش النواة مما يؤدي إلى رفع درجة الحرارة الداخلية. يؤدي هذا إلى اندماج الهيدروجين في الطبقات الخارجية للنجم، مما يؤدي إلى نموه في الحجم واللمعان. ومع ذلك، نظرًا لأن مساحة سطحه أكبر الآن، فإن درجة حرارة السطح تكون في الواقع أقل (أكثر احمرارًا). في نهاية المطاف، تقوم العمالقة الحمراء بإخراج طبقاتها الخارجية، والتي تشكل سديمًا كوكبيًا، بينما يصبح القلب قزمًا أبيض (انظر أدناه).
لقطة مقربة للنجم العملاق الأحمر المحتضر، T Leporis. وهو أكبر 100 مرة من الشمس.
لقطة مقربة للنجم العملاق الأحمر المحتضر، T Leporis. وهو أكبر 100 مرة من الشمس.
المرصد الأوروبي الجنوبي
- النجوم الحمراء العملاقة
العمر: 3 – 100 مليون سنة
التطور: متأخر
درجة الحرارة: 3,000 – 5,000 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: K، M
اللمعان: 1,000 – 800,000
نصف القطر: 100 – 2000
الكتلة: 10 – 40
معدل الانتشار: 0.0001%
منكب الجوزاء وأنتاريس هما عملاقان أحمران عملاقان. يُطلق على أكبر هذه الأنواع من النجوم أحيانًا اسم العمالقة الحمراء الفائقة. أحد هذه النجوم يبلغ حجمه 1708 أضعاف حجم شمسنا (UY Scuti)، وهو أكبر نجم معروف في الكون. يبعد UY Scuti حوالي 9500 سنة ضوئية عن الأرض.
مثل العمالقة الحمراء، تضخمت هذه النجوم بسبب تقلص قلوبها. ومع ذلك، فإن العمالقة الحمراء الفائقة عادة ما تتطور من عمالقة زرقاء وعمالقة عملاقة تتراوح كتلتها بين 10 و40 كتلة شمسية. تتخلص النجوم ذات الكتلة الأعلى من طبقاتها بسرعة كبيرة جدًا، فتتحول إلى نجوم وولف رايت، أو تنفجر في المستعرات الأعظم. في نهاية المطاف، تدمر العمالقة الحمراء العملاقة أنفسهم في مستعر أعظم، تاركين وراءهم نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود.
منكب الجوزاء، عملاق أحمر ضخم، أكبر من الشمس بألف مرة.
منكب الجوزاء، عملاق أحمر ضخم، أكبر من الشمس بألف مرة.
ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية عبر ويكيميديا كومنز
- الأقزام البيضاء
العمر: 1015 – 1025 سنة
التطور: ميت، تبريد
درجة الحرارة: 4,000 – 150,000 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: D (منحطة)
اللمعان: 0.0001 – 100
نصف القطر: 0.008 – 0.2
الكتلة: 0.1 – 1.4
معدل الانتشار: 4%
النجوم التي تقل كتلتها عن 10 كتل شمسية ستتخلص في النهاية من طبقاتها الخارجية لتشكل سدمًا كوكبية. ومع ذلك، فإنها عادة ما تترك وراءها نواة بحجم الأرض تقل كتلتها عن 1.4 كتلة شمسية. سيكون هذا اللب كثيفًا جدًا لدرجة أ
سيتم منع الإلكترونات الموجودة في حجمها من احتلال أي منطقة أصغر من الفضاء (تتحلل). يمنع هذا القانون الفيزيائي (مبدأ استبعاد باولي) البقايا النجمية من الانهيار أكثر.
يُطلق على النواة أو البقايا اسم القزم الأبيض، ومن الأمثلة على ذلك سيريوس بي (رفيق سيريوس أ، ألمع نجم في سماء الليل) ونجم فان مانين. يُعتقد أن أكثر من 97% من النجوم تتحول إلى أقزام بيضاء. ستبقى هذه الهياكل فائقة الحرارة ساخنة لتريليونات السنين قبل أن تبرد لتصبح أقزامًا سوداء.
الرفيق الصغير لسيريوس أ هو قزم أبيض يُدعى سيريوس ب (انظر أسفل اليسار).
الرفيق الصغير لسيريوس أ هو قزم أبيض يُدعى سيريوس ب (انظر أسفل اليسار).
ناسا، سعادة بوند وإي نيلان (STScI)؛ إم بارستو، إم بيرلي، وجي بي هولبرج
- الأقزام السوداء
العمر: غير معروف (طويل)
التطور: ميت
درجة الحرارة: <-270 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: لا يوجد
اللمعان: متناهية الصغر
نصف القطر: 0.008 – 0.2
الكتلة: 0.1 – 1.4
الانتشار: ~0%
بمجرد أن يتحول النجم إلى قزم أبيض، فإنه يبرد ببطء ليصبح قزمًا أسود. نظرًا لأن الكون ليس قديمًا بما يكفي ليبرد القزم الأبيض بدرجة كافية، فلا يُعتقد بوجود أقزام سوداء في هذا الوقت.
انطباع فني لكيفية ظهور القزم الأسود على خلفية النجوم.
انطباع فني لكيفية ظهور القزم الأسود على خلفية النجوم.
- النجوم النيوترونية
العمر: غير معروف (طويل)
التطور: ميت، تبريد
درجة الحرارة: <2,000,000 درجة مئوية
الأنواع الطيفية: D (منحطة)
اللمعان: ~0.000001
نصف القطر: 5 – 15 كم
الكتلة: 1.4 – 2.3 (رغم أنه من الممكن أن تكون 1.1 – 1.4 كتلة شمسية)
معدل الانتشار: 0.7%
عندما تستنفد النجوم التي تزيد كتلتها عن 10 كتلة شمسية وقودها، تنهار قلوبها بشكل كبير لتشكل نجومًا نيوترونية. يؤدي الانهيار إلى التخلص من الطبقات الخارجية للنجم في انفجار مستعر أعظم. إذا كانت كتلة النواة لا تزال أكبر من حوالي 1.4 كتلة شمسية، فلن يتمكن انحطاط الإلكترون من وقف الانهيار. وبدلا من ذلك، سوف تندمج الإلكترونات مع البروتونات لإنتاج جسيمات محايدة تسمى النيوترونات، والتي يتم ضغطها حتى لا تتمكن من شغل مساحة أصغر (أي أن تصبح متحللة).
البقايا النجمية، التي تتكون بالكامل تقريبًا من النيوترونات، كثيفة جدًا لدرجة أنها تشغل نصف قطر يبلغ حوالي 12 كيلومترًا. بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي، غالبًا ما تُترك النجوم النيوترونية في حالة دوران سريع تسمى النجم النابض.
نجم السرطان النابض هو نجم نيوتروني يقع في قلب سديم السرطان (النقطة المضيئة المركزية).
نجم السرطان النابض هو نجم نيوتروني يقع في قلب سديم السرطان (النقطة المضيئة المركزية).
ناسا، مرصد شاندرا للأشعة السينية
متى يتحول النجم إلى ثقب أسود؟
من المرجح أن تصبح النجوم التي تزيد كتلتها عن 20 كتلة شمسية ولها نوى أكبر من حوالي 2.3 كتلة شمسية ثقوبًا سوداء بدلاً من النجوم النيوترونية. لكي يتشكل ثقب أسود، يجب أن تصبح الكثافة (والضغط المرتبط بها) في القلب كبيرة بما يكفي للتغلب على انحطاط النيوترونات، مما يتسبب في مزيد من الانهيار إلى التفرد الجاذبي.
الثقب الأسود الهائل الموجود في قلب مجرة ميسييه 87.
الثقب الأسود الهائل الموجود في قلب مجرة ميسييه 87.
في حين يتم وصف التصنيف النجمي بشكل أكثر دقة من حيث النوع الطيفي، فإن هذا لا يفعل الكثير لإثارة خيال أولئك الذين سيصبحون الجيل القادم من علماء الفيزياء الفلكية. هناك العديد من الأنواع المختلفة من النجوم في الكون، وليس من المستغرب أن تحظى النجوم ذات الأسماء الأكثر غرابة بأعلى مستويات الاهتمام.
