بزرگترین ستاره در جهان کدام است؟
زومیت: بزرگترین ستاره ای که تاکنون شناخته شده است، جرمی معادل ۲۹۰ برابر خورشید دارد و در کهکشانی به نام ابر ماژلانی بزرگ قرار دارد.
این باور رایج که خورشید از نظر جرم یک ستاره معمولی است نادرست است. مطالعات نشان می دهد که از نظر جرم، خورشید در ۹۰ درصد بالای ستارگان قرار دارد. در واقع، اگر تمام ستارگان جهان را بر اساس جرم بچینیم، خورشید جزو ۱۰ درصد سنگینترین ستارهها است.
در واقع، بیش از نیمی از ستاره های جهان از کوتوله های قرمز تشکیل شده اند. ستارگان کوچک و کم نور با جرم کمتر یا مساوی نصف جرم خورشید. برای اینکه یک جسم به عنوان یک ستاره شناخته شود، باید حداقل ۷-۸٪ از جرم خورشید را داشته باشد. زیرا جرم کمتر از این مقدار فشار کافی برای شروع و ادامه واکنش های همجوشی هسته ای در هسته ایجاد نمی کند.
اما در طرف دیگر، ستاره هایی بسیار بزرگتر از خورشید وجود دارند. بنابراین، آیا جرم یک ستاره محدودیتی دارد؟ بله، وجود دارد، و ما می بینیم که برخی از ستاره ها به حد نهایی جرم یک ستاره نزدیک می شوند. با این حال، اگر آنها خیلی به این مرز نزدیک شوند، انرژی زیادی تولید می کنند که باعث متلاشی شدن آنها می شود.
توجه به این نکته ضروری است که به دلیل تغییرات کیهانی در فراوانی عناصر سنگین، محدوده جرمی نهایی ستارگان ثابت نیست و در طول زمان تغییر کرده است. در اوایل جهان، ستارگان عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند. با این حال، ستارگان پرجرم تر، عناصر سنگین تری تولید می کنند و در پایان عمرشان آنها را در فضا پراکنده می کنند. وجود این عناصر سنگین در لایه های بیرونی ستارگان باعث افزایش اتلاف حرارت و در نتیجه محدود شدن امکان دستیابی ستاره ها به جرم های بسیار بالا می شود. بنابراین، حد نهایی جرم ستاره ای یک پارامتر نسبی است که تحت تأثیر زمان و فراوانی عناصر سنگین است.
اما چرا اهمیت جرم بیش از اندازه یا وزن آنها در بررسی خصوصیات ستارگان است؟ دلیل آن دشواری تعیین مرز مشخص برای سطح ستارگان است. به خصوص ستارگان بزرگی که به دلیل ابعاد عظیمشان به تدریج و با از بین رفتن چگالی در فواصل مختلف از مرکز، تعریف دقیقی از نظر قدر ندارند. این پدیده تخمین دقیق “اندازه” این اجرام آسمانی را دشوار می کند و تمرکز بر جرم آنها که پارامتری پایدارتر و قابل اندازه گیری است ضروری به نظر می رسد.
از طرف دیگر، وزن یک جسم تنها معیار ثانویه جرم آن است و قدرت نیروی گرانشی روی آن جسم را نشان می دهد. این بدان معنی است که جرم یک جسم در هر مکانی ثابت می ماند، اما وزن آن بسته به گرانش محیط تغییر می کند.
تصویر موجود در مقاله اندازه نسبی ستاره های مختلف را نشان می دهد. از کوچکترین ستاره های کوتوله قرمز با جرم حدود یک دهم جرم خورشید گرفته تا ستاره های کوتوله زرد با جرم کم مانند خورشید ما، سپس ستاره های کوتوله آبی پرجرم با جرم ۸ برابر خورشید ما و در نهایت بزرگترین و درخشان ترین ستاره شناخته شده، ستاره ای با جرم ۲۹۱ برابر جرم خورشید به نام R13.
جنایت بسیار مهم است. زیرا تعادل ظریفی را که بین نیروی گرانش درونی و فشار ناشی از نور ساطع شده از هسته ستاره برقرار می شود، تعیین می کند. نیروی گرانش رابطه مستقیمی با جرم ستاره دارد، اما میزان انرژی تولید شده در هسته به جرم آن نیز بستگی دارد. هر چه جرم ستاره بیشتر باشد، فشار بیشتری در مرکز آن ایجاد می شود و دمای هسته افزایش می یابد.
درخشش یک ستاره از همجوشی هسته ای ناشی می شود، به ویژه، فشردن اتم های هیدروژن به اندازه ای که هلیوم ایجاد کند (اگرچه فرآیند واقعی کمی پیچیده تر است). این انرژی عمدتاً به شکل پرتوهای گاما آزاد می شود که توسط مواد اطراف جذب می شود و ستاره را گرم می کند. سرعت همجوشی به دمای هسته ستاره و در نهایت به جرم آن بستگی دارد. در واقع، سرعت همجوشی به شدت به دمای هسته بستگی دارد: در ستاره ای مانند خورشید، سرعت همجوشی هسته ای به توان چهارم دما بستگی دارد. به این معنی که تغییرات جزئی در دمای هسته تاثیر بسزایی در سرعت تولید انرژی در آن خواهد داشت.
ستارگان پرجرم تر از فرآیندهای همجوشی هسته ای مختلف استفاده می کنند که وابستگی بسیار بالایی به دما دارند. به طوری که سرعت همجوشی متناسب با توان بیستم دما تغییر می کند. یعنی تغییرات جزئی در دمای هسته ستارگان پرجرم تاثیر بسزایی در تولید انرژی آنها خواهد داشت. این پیوند به قدری قوی است که دو برابر شدن دما در هسته یک ستاره پرجرم، مقدار انرژی تولید شده را میلیون ها برابر افزایش می دهد.
اکنون ممکن است بفهمید که چرا ستاره ها می توانند تا حدی رشد کنند. اگر جرم زیادی اضافه کنید، گرانش ستاره تقویت میشود، فشار در هسته افزایش مییابد، دما افزایش مییابد و سپس سرعت همجوشی سر به فلک میکشد. اگر انرژی زیادی به لایه های بالایی ستاره تزریق شود، نه تنها منبسط می شوند. بلکه مواد را نیز به فضا پرتاب می کنند و در نتیجه جرم خود را از دست می دهند. این رویدادها یک حلقه بازخورد منفی ایجاد می کند که حد جرم ستاره ای را تعیین می کند.
حد نظری جرم ستاره به عوامل دیگری بستگی دارد، اما احتمالاً حدود ۳۰۰ برابر جرم خورشید است. ستارگانی به این جرم بسیار نادر هستند و تنها چند ستاره با جرم بیشتر از ۲۰۰ برابر خورشید شناخته شده اند. بزرگترین ستاره ای که می شناسیم R136a1 است که در کهکشان “ابر ماژلانی بزرگ” قرار دارد و به عنوان نزدیک ترین همسایه کهکشان راه شیری حدود ۱۶۰۰۰۰ سال نوری از ما فاصله دارد. این ستاره هفت میلیون برابر بیشتر از خورشید انرژی ساطع می کند.
ستاره R136a1 بخشی از خوشه ستاره ای R136 است که در اولین کشف آن تصور می شد که یک ستاره است. اما R136 آنقدر درخشان است که برای داشتن این میزان روشنایی به جرمی هزاران برابر خورشید نیاز دارد و در نهایت، رصدهای تلسکوپ فضایی هابل تایید کرد که خوشه کوچکی از ستاره است. با این حال، درخشان ترین عضو این خوشه ستاره ای، R136a1، هنوز یک ابر هیولا است: تخمین زده می شود که جرم آن حدود ۲۹۰ برابر جرم خورشید باشد. نزدیک به حد تئوریک. احتمالا تنها یک میلیون سال سن دارد و در حدود دو میلیون سال دیگر به صورت یک ابرنواختر منفجر خواهد شد.
عامل دیگری که بر میزان جرم یک ستاره تأثیر می گذارد، فراوانی عناصر سنگین در لایه های بیرونی آن است. بسیاری از این عناصر در جذب انرژی ورودی از داخل ستاره بسیار خوب هستند و ستاره را داغتر می کنند. اگر ستاره بیش از حد داغ شود، لایه های بیرونی آن متلاشی می شوند.
با این حال، در اوایل جهان، ماده کیهانی تقریباً به طور کامل از هیدروژن و هلیوم (به همراه برخی عناصر سنگین تر مانند لیتیوم) تشکیل شده بود. ستاره های پرجرم در نهایت عناصر شیمیایی سنگین تری تولید می کنند. آنها ابتدا این عناصر را از طریق فرآیندهای همجوشی هسته ای در داخل هسته خود می سازند و سپس با وقوع یک انفجار ابرنواختری، آن عناصر را در فضا پراکنده می کنند و زمینه را برای تشکیل نسل های بعدی ستاره ها آماده می کنند.
عناصر سنگین امروزه نسبتاً متداول هستند، اما در زمان ظهور اولین نسل از ستارگان چنین نبودند. به همین دلیل، آن ستارههای اولیه میتوانستند بسیار پرجرم باشند: برخی مدلها نشان میدهند که جرم آنها احتمالاً هزاران برابر خورشید بوده است! این ستارگان همگی در مراحل اولیه شکل گیری کیهان وجود داشته اند و به پایان عمر خود رسیده اند. نور آنها پس از طی مسافت های بسیار طولانی به ما می رسد. رصد این ستارگان به دلیل فاصله زیادشان، حتی با درخشندگی ذاتی بالایشان، دشوار است و ممکن است کم نور به نظر برسند. تاکنون هیچ ستاره نسل اولی به طور قطعی شناسایی نشده است.
