تسجيل الدخول

تسجيل

الكتل النجمية الرئيسية

المؤلف:  جيمس بيني

المصدر:  الفيزياء الفلكية مقدمة قصرية جدا

الجزء والصفحة:  ص30

2026-06-29

51

يستقر الآن النجم الذي تزيد كتلته على 0٫08 كتلة شمسية في مرحلة الاحتراق النووي. فالنجوم التي تزيد كتلتها على 0٫08 كتلة شمسية ولكنها أقل من نحو 0٫5 كتلة شمسية تحرق الهيدروجين محولةً إياه إلى الهيليوم ولكن لا يمكنها إشعال الهيليوم. أما النجوم ذات الكتلة الأولية في النطاق من 0٫5 إلى 8 كتلة شمسية، فتحرق الهيدروجين ثم الهيليوم، ولكن لا يمكنها إشعال الكربون. والنجوم ذات الكتلة الأولية التي تزيد على 8 كتل شمسية ولكنها أقل من 50 كتلة شمسية تقريبًا، فتحرق الكربون محولةً إياه إلى سيليكون ثم تحوِّل السيليكون إلى الحديد. نوَى الحديد هي الأكثر ترابطًا؛ لذا لا يمكن الحصول على الطاقة عن طريق تحويل الحديد إلى أي عنصرٍ آخَر؛ حيث تشكِّل نوَى الحديد الرماد النووي.

تصبح النجوم التي تزيد كتلتها على 50 كتلةً شمسيةً غير مستقرة وتنفجر قبل أن تصل إلى مرحلة حرق السيليكون. نعلم أنها تصبح غير مستقرة، ولكننا لسنا متأكدين من النتائج النهائية لعدم الاستقرار هذا. نعتقد أن معظم كتلة النجم تنطلق إلى الفضاء بين النجوم، ولا تترك سوى ثقبٍ أسود كدليل على وجود النجم يومًا ما.

تصبح النجوم ذات الكتلة الأولية الأقل من 0٫08 كتلة شمسية ساخنة بما يكفي لحرق الديتيريوم وتحوله إلى هيليوم. الديتيريوم هو نظير للهيدروجين حيث تتألف نواته من بروتون مرتبط بنيوترون وليس من بروتون حر. نشأ الديتيريوم مثل الهيدروجين في الانفجار العظيم وتستَنفِدُه النجوم. إنه أقل وفرةً بنحو  ^5-10 مرة من الهيدروجين العادي؛ لذا فإن النجم لا يستغرق وقتًا طويلًا لاستنفاد هذا الوقود. يُطلق على الجِرم الذي لا يحرق سوى الديتيريوم اسم القزم البني. عندما يُستهلك الديتيريوم، سيبرد الجِرم ليصبح قزمًا أسودَ يكاد يكون غير مرئي.

شكل 1: الإضاءة موضحة عموديًّا بوحدات الإضاءة الشمسية كدالة  log (L/L_⊙) لدرجة   لدرجة حرارة السطح المؤثِّرة (أو الفعَّالة) بالكلفن log (K/Teff) للنجوم ذات الكتل الأولية المختلفة. يُظهِر العدد الكبير عند الطرف الأيسر من كل منحنًى كتلة النجم بوحدات الكتلة الشمسية. بينما في النسق الأساسي، يوجد النجم بالقرب من النقطة الموجودة عند الطرف الأيسر من منحناه. وينتقل بعيدًا عن هذه النقطة عندما يكون قد حوَّل معظم الهيدروجين في لُبه إلى هيليوم.

المرحلة الرئيسية في حياة النجم الذي تزيد كتلته على 0٫08 كتلة شمسية هي احتراق الهيدروجين في لُبه. بما أن ثلاثة أرباع السحابة البينجمية الأصلية تألفَت من الهيدروجين، فإن هناك الكثير من الوقود للاحتراق في هذه المرحلة، بالإضافة إلى أن حرق الهيدروجين يطلق طاقةً أكبر لكل نيوكليون (نيوترون أو بروتون) مقارنةً بأي وقودٍ نووي آخَر. لقد كانت الشمس تحرق الهيدروجين في لُبها لمدة 4٫6 مليارات سنة، ولا تزال في منتصف العملية. لأسبابٍ ستصبح واضحة عندما نتناول العناقيد النجمية في الفصل الثالث، نسمِّي النجم الذي يحرق الهيدروجين في لُبه نجمًا من «النسق الأساسي» (الشكل1).

كلما كان النجم أكبر كتلة، استنفد مخزون الهيدروجين في لُبه أسرع، وكان عمره في النسق الأساسي أقصر. النجوم الضخمة مُفرِطة الاستهلاك؛ فكلما زاد مخزون الوقود لديها عند نشأتها، أفلسَت أسرع بسبب استهلاكها لذلك الوقود. يوضح الشكل 1 هذه الحقيقة من خلال إظهار إضاءات النجوم ذات الكتل المختلفة كدالة لدرجة حرارة السطح. خلال مرحلة النجم في النسق الأساسي، يتحرك بين النقطة الممثلة بالنقطة على الطرف الأيسر من منحناه في هذا الرسم البياني والنقطة الواقعة على المنحنى المُميَّزة بالعدد 2. يمثل العدد الكبير كتلة النجم بالكتل الشمسية. التدرج العمودي لوغاريتمي؛ ومن ثَم هناك عامل مليون في الإضاءة بين نقاط النسق الأساسي للنجوم التي كتلتها 0٫6 كتلة شمسية و20 كتلة شمسية. ومن ثَم، بينما سيظل نجم بكتلة 0٫6 كتلة شمسية في النسق الأساسي لمدة 78 مليار سنة، ما يقرب من ستة أضعاف عمر الكون، سيبقى نجم بكتلة 20 كتلة شمسية في النسق الأساسي لمدة 8٫5 ملايين سنة فقط.

يوضح الشكل  1 حقيقةً أساسيةً أخرى، وهي أن درجة حرارة سطح النجم في النسق الأساسي تزداد مع كتلته. لذلك تكون النجوم الضخمة مضيئة، وساخنة، وذات أعمارٍ قصيرة، بينما تكون النجوم ذات الكتل الصغيرة ضعيفة الإضاءة، وباردة، وذات أعمارٍ طويلة. عندما تسخن قطعة من المعدن بشدة، فإنها تتوهج أولًا باللون الأحمر الباهت، ثم تصبح صفراء وبيضاء، وإذا استطعتَ رفع حرارتها أكثر، فستتوهج باللون الأزرق. لذا فالنجوم الساخنة زرقاء بينما النجوم الباردة حمراء. يُظهِر الشكل1 أن جميع النجوم الزرقاء كبيرة، وقد رأينا أن النجوم الكبيرة ذات أعمارٍ قصيرة. لذلك فالنجوم الزرقاء هي نجومٌ شابة دائمًا.

يعكس الرابط بين ألوان النجوم ودرجات حرارتها جزءًا مهمًّا في الفيزياء. وذلك أن «الجسم الأسود» يمتص أي فوتون يصدم به ويصدر طيفًا خاصًّا من الإشعاع لا يعتمد إلا فقط على درجة حرارة الجسم وليس على تركيبته. يُطلق على هذا النوع من الإشعاع اسم «إشعاع الجسم الأسود». كتقريبٍ أوَّلي، النجم هو جسمٌ أسود، ويصدر إشعاع الجسم الأسود في درجة حرارة غلافه الضوئي.