المراحل المتأخرة للتطور النجمي

إن معرفتنا التطور النجوم التي تبدو عملاقة حمراء هي أقل كمالاً، كما نعتقد بأننا نعرف كيف تنهي النجوم ونستطيع عمل بعض التخمينات التعليمية حول بعض المراحل الوسطية.

نهاية مرحلة العملاق الأحمر:

للنموذج الأكثر تفصيلاً للنجم العملاق الأحمر والذي يبدو منكمشأ، كتلة مقدارها 1.2 من الكتلة الشمسية، ومن المحتمل أنها تشبه العمالقة المرصودة الآن في العناقيد الكروية. يرفع الجزء المتحرر من في الباطن المنكمش لتلك النجوم من حرارة الباطن، ففي الوقت الذي يصل به النجم إلى نهاية تسلسل العملاق الأحمر في بياني، فإن درجة حرارة الباطن المركزية ستزيد 100 مليون درجة كلفن، في مثل هذه الدرجة الحرارية العالية يكون من المحتمل للعملية النووية وكذلك دورة الكاربون وتسلسل: البروتون بروتون هي الأخرى بالعملية. الشيء المهم هنا هو تكوين نواة الكاربون بواسطة ثلاث نوايا من الهيليوم (عملية ألفا الثلاثية - سميت بذلك أن نواة الهيليوم تسمى بدقيقة ألفا - سلسلة التفاعلين نوويين والتي يتم بواسطتها بناء ثلاث نوايا من الهيليوم لتكوين نواة كاربون واحدة). فالقصف المتوالي لنواة الكاربون بواسطة دقائق ألفا يمكن أن ينشأ عنها نوايا أثقل. لقد وجد أحد الفيزيائيين الفلكيين ميكانيكياً وبطريقة مرئية، بأن كل العناصر الكيميائية يمكن أن تنشأ في مراكز النجوم العملاقة الحمراء، وهنالك كمية نسبية تحصل في الطبيعة تقريباً، ويبدو الآن من الملائم تماماً النشوء التدريجي للعناصر الثقيلة (أثقل من الهيليوم) في المراكز الساخنة للنجوم باستمرار. يعتقد بأن عملية ألفا الثلاثية يجب أن تبدو متفجرة في الباطن المركزي للعملاق الأحمر، والذي يحدث في تغير الباطن ليس معناه أن يكون ساخناً فقط ولكن كثيفاً جداً بالواقع فإن المادة تصبح منحلة إلكترونياً، وأحد احتمالية غاز الإلكترون المنحل هو قابلية توصيله للحرارة بصورة جيدة. (الغاز المنحل degenerate gas هو غاز أبيح للنجوم أن تملأ بالإلكترونات، فهو يسلك بموجب قوانين تختلف عن التي تنطبق على الغازات المثالية).

وحالما تصبح درجة الحرارة في أحد أجزاء الباطن بما فيه الكفاية العالية لنجم، فإن عملية ألفا الثلاثية ستقوم وإن الطاقة الخارجية المتحررة ستبعث خلال الباطن الداخلي المنحل في غضون ثوان/ منتجة تسخيناً شديداً لكل الهيليوم الموجود هناك. ومع الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة فإن الهيليوم سيتعجل في احتراقه أشبه بالانفجار. تسمى هذه الظاهرة وميض الهيليوم Helium flash.

ستمدد الطاقة المتحررة للباطن بأكثر سرعة وتتوقف عملية نمو الجزء الخارجي للعملاق الأحمر، وبذلك فإن النجم سينكمش بسرعة وستزداد درجة حرارة سطحه، وعلى الرغم من كون الحسابات لا تعتبر صحيحة فهي تدل على أن النقطة التي تمثل النجم على بياني H-R تتحرك أكثر أو أقل أفقياً نحو اليسار، وحالما يستنفد الهيليوم في المنطقة الرئيسية فإن الطاقة المتحررة من عملية ألفا الثلاثية ستقف, وبهذا سيكون لنا موقف مشابه لنجم التسلسل الرئيسي عندما يستنفد الهيدروجين المركزي وينتهي بإشعال الهيدروجين في مركزه.

الآن نعتبر عندنا باطن لكاربون (أو ربما عنصر ثقيل) محاطاً بغلاف، بينما يكون الهيليوم ما يزال متقداً في الجزء الخارجي الأكثر للنجم، ثم يليه غلاف آخر والذي فيه الهيدروجين قد غادر وما يزال مشتعلاً.

الآن يتحرك النجم راجعاً في اتجاه اليمين في البياني وإلى ميدان العملاق الأحمر. تدل الحسابات على أن النجم يتحرك حقاً في الوهلة الأولى باتجاه اليسار عبر بياني H-R من ثم يرجع لكي يصبح عملاقاً أحمر لعدة مرات، ففي كل مرة من تسلسل شروع التفاعل النووي الجديد للطاقة النووية التي تبدو متحررة في الأجزاء الجديدة من النجم.

كل هذه المراحل التطورية تحصل في عشرات أو مئات من ملايين السنين أو أقل زمناً بالمقارنة مع حياة نجوم التسلسل الرئيسي. تجهزنا بعض الأدلة الرصدية بحسابات نظرية تمثل (الفرع الأفقي) للنجوم على البياني للعناصر الكروية. ومن المحتمل في بعض العناقيد المفتوحة، وكيفما كانت نهاية طور تطور النجم الأحمر العملاق فهي غير معروفة، ويعتقد البعض بأن البعض إن لم يكن الكل من النجوم ذات الكتل 1.2 من الكتلة الشمسية قذفت بأغلفة من السديم الكوكبي في نهاية مساراتها كعمالقة حمراء.

أحد مراحل تطور نجوم الفرع الأفقي التي هي خلال (الفجوة) المشغولة بنجوم القيثارة المتغيرة، RR Lyrae والتي لاتوجد نجمة مستقرة فيه، وكما أن النجوم تتغير عبر القرع الأفقي فهي ستمر بعض الأحيان بهذه المرحلة الاستقرارية كما هو لمتغيرات القيثارة (أحد أصناف عمالقة النجوم النابضة مع فترات زمنية أقل من يوم). ويجب أن تمثل مراحل تطورية من الأنواع الأخرى للمتغيرية النجمية النجوم ذات كتل أخرى غير التي ذكرت (التراكيب أو كلاهما)، ولكن الفكرة حول كيفية ملاءمتها إلى الصورة التي ما تزال في النطاق النظري.