اعتبارات عامة عن النجوم التي تسبح في الفضاء

ما هو النجم الذي يسبح في الفضاء؟

النجم هو أي جسم سماوي ضخم ذاتي الإضاءة من الغاز يضيء بواسطة الإشعاع المستمد من مصادر الطاقة الداخلية، من بين عشرات المليارات من تريليونات النجوم التي تتكون منها الكون المرئي وهناك نسبة صغيرة جداً فقط مرئية للعين المجردة، تحدث العديد من النجوم في أزواج أو أنظمة متعددة أو عناقيد نجمية.

إن أعضاء هذه المجموعات النجمية مرتبطون مادياً من خلال الأصل المشترك ويلتزمون بجاذبية متبادلة، ترتبط إلى حد ما بالعناقيد النجمية الجمعيات النجمية، والتي تتكون من مجموعات فضفاضة من النجوم المتشابهة جسدياً، والتي ليس لها كتلة كافية كمجموعة للبقاء معاً كمنظمة.

كيف تم وضع الشمس كنقطة مقارنة مع النجوم؟

• الاختلافات في الحجم النجمي: فيما يتعلق بالكتلة والحجم والسطوع الداخلي فإن الشمس هي نجم نموذجي، كتلتها التقريبية هي 2 × 1030 كجم (حوالي 330.000 كتلة أرضية) ونصف قطرها التقريبي 700.000 كم (430.000 ميل) ولمعانها التقريبي 4 × 1033 إرجس في الثانية (أو ما يعادل 4 × 1023 كيلوواط من الطاقة)، غالباً ما يتم قياس كميات النجوم الأخرى الخاصة بها من حيث تلك الخاصة بالشمس.

تختلف العديد من النجوم في كمية الضوء التي تشعها، النجوم مثل (Altair وAlpha Centauri A وB وProcyon A) تسمى النجوم القزمة، أبعادها قابلة للمقارنة تقريباً بأبعاد الشمس، نجوم (Sirius A وVega) على الرغم من كونها أكثر إشراقاً إلا أنها أيضاً نجوم قزمة وينتج عن درجات الحرارة المرتفعة معدل انبعاث أكبر لكل وحدة مساحة، (Aldebaran A وArcturus وCapella A) هي أمثلة للنجوم العملاقة التي تكون أبعادها أكبر بكثير من أبعاد الشمس.

إن الملاحظات باستخدام مقياس التداخل (أداة تقيس الزاوية المقابلة لها بقطر النجم في موقع الراصد) جنباً إلى جنب مع قياسات المنظر (التي تعطي مسافة النجم) تعطي أحجام 12 و22 نصف قطر شمسي بالنسبة إلى (Arcturus وAldebaran A Betelgeuse وAntares A) هي أمثلة على النجوم العملاقة، هذا الأخير له نصف قطر حوالي 300 مرة من الشمس في حين أن النجم المتغير منكب الجوزاء يتأرجح بين 300 و600 نصف قطر شمسي تقريباً.

العديد من النجوم النجمية من النجوم القزمة البيضاء ذات لمعان منخفض وكثافة عالية هي أيضاً من بين النجوم الأكثر سطوعاً، نجم سيريوس هو مثال رئيسي، حيث يبلغ نصف قطره واحداً على الألف من الشمس وهو ما يمكن مقارنته بحجم الأرض، ومن بين النجوم الأكثر سطوعاً هو نجم رجل وهو عملاق شاب في كوكبة الجبار وكانوب، وهو منارة ساطعة في نصف الكرة الجنوبي غالباً ما تستخدم في الملاحة بالمركبات الفضائية.

• النشاط النجمي وفقدان الكتلة: نشاط الشمس على ما يبدو ليس فريداً، لقد وجد أن النجوم من أنواع عديدة نشطة ولها رياح نجمية مماثلة للرياح الشمسية، ولم تظهر أهمية الرياح النجمية القوية ووجودها في كل مكان إلا من خلال التقدم في علم الفلك بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية المحمولة في الفضاء، وكذلك في علم الفلك القائم على سطح الأرض والأشعة تحت الحمراء.

أسفرت ملاحظات الأشعة السينية التي أجريت في أوائل الثمانينيات عن بعض النتائج غير المتوقعة إلى حد ما، وكشفوا أن جميع أنواع النجوم تقريباً محاطة بمدارات تبلغ درجات الحرارة فيها مليون كلفن (K) أو أكثر، علاوة على ذلك يبدو أن جميع النجوم تعرض مناطق نشطة بما في ذلك البقع والتوهجات والنجوم البارزة مثل تلك الموجودة في الشمس، تُظهر بعض النجوم نقاط نجم كبيرة جداً بحيث يكون وجه النجم بأكمله مظلماً نسبياً، بينما يُظهر البعض الآخر نشاطاً توهجاً أقوى بآلاف المرات من ذلك على الشمس.

تتمتع النجوم الزرقاء الحارة للغاية بأقوى رياح نجمية، أظهرت ملاحظات أطياف الأشعة فوق البنفسجية مع التلسكوبات على صواريخ السبر والمركبات الفضائية أن سرعات الرياح غالباً تصل إلى 3000 كيلومتر (حوالي 2000 ميل) في الثانية، بينما تفقد كتلتها بمعدلات تصل إلى مليار ضعف سرعة الرياح الشمسية، تقترب معدلات فقدان الكتلة المقابلة وتتجاوز أحياناً مائة ألف من كتلة الشمس سنوياً، مما يعني أن كتلة شمسية واحدة كاملة (ربما عُشر الكتلة الكلية للنجم) يتم نقلها بعيدًا إلى الفضاء في فترة قصيرة نسبياً 100.000 سنة.

وفقاً لذلك يُعتقد أن أكثر النجوم سطوعاً تفقد أجزاءً كبيرة من كتلتها خلال حياتها، والتي تُحسب على أنها بضعة ملايين من السنين فقط، أثبتت الأرصاد فوق البنفسجية أنه لإنتاج مثل هذه الرياح العاتية، فإن ضغط الغازات الساخنة في الإكليل الذي يحرك الرياح الشمسية لا يكفي، بدلاً من ذلك يجب أن تكون رياح النجوم الحارة مدفوعة مباشرة بضغط الأشعة فوق البنفسجية النشطة المنبعثة من هذه النجوم.

المسافات إلى النجوم:

• تحديد المسافات النجمية: تم تحديد المسافات إلى النجوم لأول مرة من خلال تقنية اختلاف المنظر المثلثي، وهي طريقة لا تزال تستخدم مع النجوم القريبة، عندما يتم قياس موضع نجم قريب من نقطتين على جانبي مدار الأرض (أي بينهما ستة أشهر) يتم ملاحظة إزاحة زاويّة صغيرة (اصطناعية) بالنسبة إلى خلفية نجوم بعيدة جداً (ثابتة بشكل أساسي).

إن قياسات المنظر المثلثية مفيدة فقط للنجوم القريبة في غضون بضعة آلاف من السنين الضوئية، في الواقع من بين ما يقرب من 100 مليار نجم في مجرة ​​درب التبانة (تسمى أيضاً المجرة) قاس القمر الصناعي (Hipparcos) حوالي 100000 فقط بدقة 0.001 درجة، بالنسبة للنجوم البعيدة يتم استخدام طرق غير مباشرة حيث يعتمد معظمها على مقارنة السطوع الجوهري للنجم (الموجود على سبيل المثال من طيفه أو خاصية أخرى يمكن ملاحظتها) مع سطوعه الظاهري.

• أقرب النجوم: يوجد ثلاثة نجوم فقط (Alpha Centauri وProcyon وSirius) كلاهما من بين أقرب 20 نجماً ومن بين أكثر 20 نجماً سطوعاً، ومن المفارقات أن معظم النجوم القريبة نسبياً أغمق من الشمس وغير مرئية بدون مساعدة التلسكوب، على النقيض من ذلك فإن بعض النجوم الساطعة المعروفة التي تحدد الأبراج لها مناظر صغيرة مثل القيمة المحددة البالغة 0.001 ″، وبالتالي فهي أبعد من عدة مئات من السنين الضوئية عن الشمس، ويمكن رؤية أكثر النجوم سطوعاً من مسافات بعيدة بينما لا يمكن ملاحظة النجوم الخافتة جوهرياً إلا إذا كانت قريبة نسبياً من الأرض.

على الرغم من أن قوائم النجوم الأكثر سطوعاً وأقربها تتعلق بعدد صغير جداً من النجوم، إلا أنها مع ذلك تعمل على توضيح بعض النقاط المهمة، تنقسم النجوم المدرجة إلى ثلاث فئات تقريباً وهي:

1. النجوم العملاقة والنجوم العملاقة التي يبلغ حجمها عشرات أو حتى مئات من أنصاف الأقطار الشمسية ومتوسط ​​كثافة منخفض للغاية (في الواقع أقل من الماء عدة مرات من حيث الحجم تقاس بجرام واحد لكل مكعب).

2. النجوم القزمية التي تتراوح أحجامها من 0.1 إلى 5 أنصاف أقطار شمسية وكتل من 0.1 إلى حوالي 10 كتلة شمسية.

3. النجوم القزمة البيضاء التي لها كتل مماثلة لكتل ​​الشمس ولكنها ذات أبعاد مناسبة للكواكب مما يعني أن متوسط ​​كثافتها أكبر بمئات الآلاف من المرات من كثافة الماء.

تتوافق هذه التجمعات التقريبية من النجوم مع مراحل تاريخ حياتها، يتم تحديد الفئة الثانية بما يسمى التسلسل الرئيسي وتشمل النجوم التي تنبعث منها الطاقة بشكل أساسي عن طريق تحويل الهيدروجين إلى هيليوم في نواتها، تتألف الفئة الأولى من النجوم التي استنفدت الهيدروجين في نواتها وتحرق الهيدروجين داخل غلاف يحيط بالنواة، تمثل الأقزام البيضاء المرحلة النهائية في حياة نجم نموذجي عندما يتم استنفاد معظم مصادر الطاقة المتاحة ويصبح النجم خافتاً نسبياً.