ابرنواخترها؛ منشا عناصر

http://www.sharghdaily.ir/fa/main/detail/191694/%D8%A7%D8%A8%D8%B1%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%AE%D8%AA%D8%B1%D9%87%D8%A7%D8%9B-%D9%85%D9%86%D8%B4%D8%A3-%D8%B9%D9%86%D8%A7%D8%B5%D8%B1


واژه نوا (nova) در لاتين به معناي «جديد» است، ستاره اي که به ناگاه و به غايت درخشان مي شود. نام چنين پديده اي را به اين دليل «نوا يا نواختر» گذاشته اند که تا پيش از آن در آن مکان، جايي که «نوا» ديده شده، هيچ ستاره اي رويت نشده بود، اما دليل اصلي آن، کم فروغ بودن آن و بعد مسافت بود که مانع از رصد آن با چشم غيرمسلح مي شد. زماني هم که مشاهده مي شود، به واسطه انفجار بسيار مهيب هسته اي است که در ستاره رخ مي دهد.
    بيشتر نواخترها محصول انفجاري عظيم در يک سامانه دوتايي هستند، به گونه اي که يکي از همدم ها به طور مداوم هيدروژن خود را از دست مي دهد تا تبديل به کوتوله سفيد شود. همدم ديگر هم ستاره «رشته اصلي» است که در حال سوزاندن سوخت هسته اي در مرکزش است و به آرامي لايه هاي بيروني اش منبسط شده و تبديل به غول قرمز مي شود. همچنان که جو غول کهن سال در حال انبساط است و ازدست دادن لايه هاي خارجي، مواد آن لايه ها توسط همدم کوتوله گير افتاده و روي سطح آن منتقل مي شوند که اين فرايند «برافزايش» نام دارد.
    انفجار زماني رخ مي دهد که مواد لايه هاي خارجي غول قرمز روي کوتوله سفيد ريخته و انباشت مي شود. در اثر گرانش کوتوله سفيد، مواد به شدت فشرده و تا نقطه شروع هم جوشي هسته اي داغ مي شوند. ماده برافزايش يافته همچنان که انبساط مي يابد، انرژي زيادي را هم رها مي کند. گازهاي داغ دميده شده با سرعتي زياد، چيزي در حدود هزاران کيلومتر در ثانيه دور شده و عامل درخشندگي ناگهاني سامانه دوتايي با ضريب 50 تا صدهزاربرابر مي شوند. اگرچه درخشندگي پرشوري است، اما درواقع مقدار بسيار کمي از جرم سامانه به بيرون پرتاب شده است. چيزي در حدود 10 هزارم جرم خورشيد. اين فرايند گاهي به شکل متناوب تکرار مي شود.
    اگر کوتوله سفيد توسط مقدار قابل توجهي ماده از جانب همدمش برافزاييده شود، ستاره به طور کامل تحت هم جوشي هسته اي اي که رخ مي دهد، در اثر يک انفجار بسيار مهيب، خيلي بزرگ تر از انفجار نواختري، نابود مي شود كه به آن ابرنواختر مي گوييم. ابرنواختر يک ميليون برابر بيشتر انرژي آزاد مي کند.
    چنين انفجار مهيبي که مي تواند باعث نابودي يک ستاره شود، مي تواند در پايان عمر يک ستاره منفرد پرجرم هم رخ دهد. براي ستاره اي با جرم يک تا هشت برابر جرم خورشيد، پايان راه ستاره با ازدست دادن مقدار چشمگيري از مواد پرتاب شده و تبديل ستاره به «سحابي سياره اي» رقم مي خورد و آنچه باقي مي ماند هسته ستاره است. در ستارگان پرجرم تر، آنهايي که بيش از هشت برابر جرم خورشيدند، به هنگام مرگ ستاره، حتي هسته هم نابود مي شود! اما چگونه؟
     در ستارگان با جرم متوسط، وقتي سوخت هيدروژن در مرکزشان تمام مي شود، توليد انرژي با هم جوشي هسته اي هليوم و تشکيل کربن و اکسيژن ادامه مي يابد و واکنش هاي هسته اي در اين نقطه متوقف مي شود، اما در ستارگان اَبَرپرجرم فشار و دما به شکل فزاينده بالا رفته و گداخت هسته‎اي ادامه مي يابد. ابتدا هسته هاي اکسيژن با هم ترکيب شده و سيليکون تشکيل مي شود. رخدادهاي گداخت حتي تا عناصر بالاتر از آهن ادامه مي يابد. فرايندهاي هم جوشي بايد در مرحله اي که ستاره، آهن توليد مي کند، متوقف شوند، زيرا توليد عناصر سنگين تر از آهن نيازمند انرژي بيش از انرژي صرف شده براي هم جوشي است. تا پيش از انفجار ابرنواختري، هسته شامل لايه هاي متعددي است که در آنها هم جوشي هسته اي رخ مي دهد؛ يعني هسته هاي عناصر سبک تر با هم ترکيب شده و عناصر سنگين تر را مي سازند. اين لايه ها يا پوسته ها عبارتند از: لايه هيدروژني، هليومي، کربني، نئون، اکسيژن، سيليکون و دست آخر آهن.


    دقيقا در همين نقطه است که هيچ انرژي اي در هسته توليد نمي شود، فشار داخلي و نيروي گرانشي هم منجر به رمبش لايه هاي خارجي ستاره مي شود. ناگهان ستاره ابرپرجرم از درون دچار انفجار مي شود (يا به زبان خيلي عاميانه مي پُکد). هسته ستاره چنان فشرده مي شود که پروتون ها و نوترون هاي آن به همديگر چپانده شده و در تماس نزديک با يکديگر قرار مي گيرند. چگالي هسته در اين حالت فراتر از تصور است: يک قاشق چايخوري از اين ماده تبهگن 400 ميليون تن خواهد بود. در اثر انفجار مهيب هسته، امواج ضربه اي بسيار شديدي از ستاره به فضاي ميان ستاره اي گسيل مي شود. انفجار ستاره ابرپرجرم مي تواند بسيار شورانگيز باشد و رمبش آن هم مي تواند عامل ايجاد حتي يک سياه چاله شود.
    انفجار باعث پرتاب و تخليه مقدار قابل توجهي ماده داغ در حال انبساط به سمت بيرون، با سرعت پنج هزار تا 20 هزار کيلومتر بر ثانيه شده و عامل درخشندگي خيره کننده ابرنواختر است؛ چنان درخششي که مي تواند پنج ميلياردبرابر درخشندگي خورشيد باشد.
    ماده پرتاب شده در حين انفجار چنان داغ است که آغازگر چندين واکنش هسته اي است و رشته اي از توليد عناصر شيميايي سنگين. در حقيقت ابرنواختران منابع اوليه توليد عناصر سنگين در عالم هستند: عناصري مانند پلوتونيوم و اورانيوم. از اورانيوم در ميله هاي سوخت رآکتورهاي هسته اي استفاده مي کنند. پلوتونيوم هم يکي از محصولات پسماند هسته اي است و در ساختن تسليحات هسته اي کاربرد دارد. اين مواد با سرعت زياد در گرداگرد فضا پرتاب و پراکنده مي شوند و با ابرهايي از گاز و غبار فضاي ميان ستاره اي برخورد مي کنند. همچنين مي توانند در پي اين برخورد با ابرهاي ستاره ساز، در ستارگان تازه متولدشده و نيز سامانه هاي سياره اي نظير منظومه شمسي خودمان ادغام شوند.
    شناخته شده ترين ابرنواختر در کهکشان راه شيري خودمان، به لحاظ تاريخي، به سال 1054 توسط رصدگران چيني و کره اي ثبت شده است؛ ستاره اي درخشان که تا چندين هفته در آسمان خودنمايي مي کرده و تا امروز هم رويت پذير است. نام اين ابرنواختر تاريخي «سحابي خرچنگ» است که باقيمانده انفجاري شکوهمند است. ابرنواختر بعدي در کهکشان ما احتمالا اِتا کارينا يا رجل الجبار خواهد بود. اين رخداد مي تواند چند هفته بعد يا چندين ميليون سال ديگر باشد. اتا کارينا صدبرابر پرجرم تر از خورشيد ماست و با تغييرات درخشندگي زيادي در 180 سال گذشته ظاهر شده است.