حول الاندماج النووي في النجوم

الاندماج النووي هو شريان الحياة للنجوم ، وعملية مهمة في فهم كيفية عمل الكون. هذه العملية هي ما يمد شمسنا بالطاقة ، وبالتالي فهي المصدر الجذري لكل الطاقة الموجودة على الأرض. على سبيل المثال ، يعتمد طعامنا على أكل النباتات أو أكل الأشياء التي تأكل النباتات ، والنباتات تستخدم ضوء الشمس لصنع الطعام. علاوة على ذلك ، فإن كل شيء تقريبًا في أجسامنا مصنوع من عناصر لم تكن لتوجد بدون الاندماج النووي.

الاندماج هو مرحلة تحدث أثناء تشكل النجوم يبدأ هذا في انهيار جاذبية سحابة جزيئية عملاقة. يمكن أن تمتد هذه السحب على عشرات السنين الضوئية المكعبة وتحتوي على كميات هائلة من المادة. عندما تنهار السحابة بالجاذبية ، تتفتت إلى أجزاء أصغر ، كل منها تتمحور حول تركيز المادة. مع زيادة هذه التركيزات في الكتلة ، تتسارع الجاذبية المقابلة وبالتالي تتسارع العملية بأكملها ، مع الانهيار نفسه الذي ينتج عنه طاقة حرارية. في النهاية ، تتكثف هذه القطع تحت الحرارة والضغط في كريات غازية تسمى النجوم الأولية. إذا لم يركز النجم الأولي الكتلة الكافية ، فإنه لا يحقق الضغط والحرارة اللازمين للاندماج النووي ، ويصبح قزمًا بنيًا. تحقق الطاقة المتصاعدة من الاندماج الذي يحدث في المركز حالة من التوازن مع وزن مادة النجم ، مما يمنع المزيد من الانهيار حتى في النجوم فائقة الكتلة.

معظم ما يتألف منه النجم هو غاز الهيدروجين ، إلى جانب بعض الهيليوم ومزيج من العناصر النزرة. الضغط الهائل والحرارة في قلب الشمس كافيان للتسبب في اندماج الهيدروجين. يعمل اندماج الهيدروجين على حشد ذرتين من الهيدروجين معًا ، مما يؤدي إلى تكوين ذرة هيليوم واحدة ونيوترونات حرة وكمية كبيرة من الطاقة. هذه هي العملية التي تولد كل الطاقة التي تطلقها الشمس ، بما في ذلك كل الحرارة والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية التي تصل في النهاية إلى الأرض. الهيدروجين ليس العنصر الوحيد الذي يمكن صهره بهذه الطريقة ، لكن العناصر الأثقل تتطلب كميات متتالية من الضغط والحرارة.

في النهاية ، تبدأ النجوم في النفاد من الهيدروجين الذي يوفر الوقود الأساسي والأكثر كفاءة للاندماج النووي. عندما يحدث هذا ، فإن الطاقة المتزايدة التي كانت تحافظ على التوازن كانت تمنع المزيد من التكثيف للنجم ، مما تسبب في مرحلة جديدة من الانهيار النجمي. عندما يضع الانهيار ضغطًا كافيًا أكبر على اللب ، يمكن إجراء جولة جديدة من الاندماج ، وهذه المرة حرق العنصر الأثقل من الهيليوم. النجوم التي تقل كتلتها عن نصف شمسنا تفتقر إلى الوسائل اللازمة لدمج الهيليوم ، وتصبح أقزامًا حمراء.

عندما يبدأ النجم في دمج الهيليوم في اللب ، يزداد إنتاج الطاقة على الهيدروجين. يدفع هذا الناتج الأكبر الطبقات الخارجية للنجم إلى الخارج ، مما يزيد من حجمها. ومن المفارقات أن هذه الطبقات الخارجية الآن بعيدة بما يكفي عن مكان حدوث الاندماج لتبرد قليلاً ، وتحولها من الأصفر إلى الأحمر. هذه النجوم تصبح عمالقة حمراء. اندماج الهيليوم غير مستقر نسبيًا ، ويمكن أن تسبب التقلبات في درجات الحرارة نبضات. ينتج الكربون والأكسجين كمنتجات ثانوية. هذه النبضات لديها القدرة على تفجير الطبقات الخارجية للنجم في انفجار نوفا. يمكن للمستعرات أن تخلق بدورها سديم كوكبي. سوف يبرد اللب النجمي المتبقي تدريجيًا ويشكل قزمًا أبيض. هذه هي النهاية المحتملة لشمسنا.

تمتلك النجوم الأكبر كتلة أكبر ، مما يعني أنه عندما يتم استنفاد الهيليوم ، يمكن أن يكون لها كتلة جديدة جولة الانهيار وتنتج الضغط لبدء جولة جديدة من الانصهار ، مما يخلق أثقل عناصر. يمكن أن يستمر هذا حتى الوصول إلى الحديد. الحديد هو العنصر الذي يقسم العناصر التي يمكن أن تنتج الطاقة في الاندماج عن تلك التي تمتص الطاقة في الاندماج: يمتص الحديد القليل من الطاقة في تكوينه. الآن يتم استنزاف الاندماج بدلاً من توليد الطاقة ، على الرغم من أن العملية غير متساوية (لن يحدث اندماج الحديد بشكل عام في اللب). يمكن أن يتسبب عدم استقرار الاندماج نفسه في النجوم فائقة الكتلة في إخراج غلافها الخارجي بطريقة مشابهة للنجوم العادية ، والنتيجة تسمى مستعر أعظم.

من الاعتبارات المهمة في ميكانيكا النجوم أن كل مادة في الكون أثقل من الهيدروجين هي نتيجة الاندماج النووي. لا يمكن تكوين العناصر الثقيلة حقًا ، مثل الذهب أو الرصاص أو اليورانيوم ، إلا من خلال انفجارات المستعر الأعظم. لذلك ، فإن جميع المواد التي نعرفها على الأرض هي مركبات مبنية من حطام بعض النجوم الماضية الزوال.