أنواع النجوم وتصنيفاتها.. رحلة متألقة من الميلاد المشرق إلى الفناء المتوهج
يمان الشريف
على تلّة نائية وبمعزل عن مرأى الناس، استلقى أحد الرعاة على ظهره يراقب السماء بعيدا عن صخب المدينة وتلوثها الضوئي والصوتي، حيث يخيّم السكون ويدلي الليل بستائره الواسعة الفضفاضة تزخرفها لألأة النجوم التي راحت تندفع بالظهور، الواحدة تلوى الأخرى مع اشتداد حلكة الظلام، وكأنّ كل ضوء خافت قادم من غياهب الكون كان يترقب هذه اللحظة لكي يسطع بلمعانه البرّاق.
إنها دقائق معدودة فحسب، مع انتصاف الشفق تبدأ بعض النجوم بالظهور، وليست أي نجوم، بل إنها الأكثر لمعانا في سماء الأرض وأكثرها حضورا، وهذه النجوم لا تشبه بعضها، فثمة اختلافات عدة تشمل اللون ودرجة السطوع. وقد استطاع الفلكيون القدامى التمييز بينها واضعين معايير لها، فظهر مصطلح “القدر الظاهري” الذي اعتمده علماء الإغريق في تحديد مدى سطوع جرم سماوي ما، متكلين فقط على الرؤية المجرّدة.
ومع تقدم العلم السريع خلال القرن الماضي، استطاع الإنسان أن يلامس النجوم عن بعد وأن يتحسسها، حتى تمكن من رؤية أعداد لا تحصى منها بواسطة التلسكوبات المرئية والراديوية، فاتضح كثير من الحقائق التي تخفيها مصابيح السماء وزينتها.
ودراسة النجوم تُعد أحد حقول البحث الأساسية في علم الفلك الحديث، ذلك لأنها ترشدنا إلى تاريخ نشأة الكون، وحاضره ومستقبله على حدٍ سواء، إضافة إلى أنّ الكتل النجمية هي أعمدة الكون التي بواسطتها يمكن شرح كثير من الظواهر الفلكية مثل وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وانحناء الزمكان وغيره.
وإذا ما تناولنا أعدادها فعملية إحصائها ليست بالأمر الهين، نظرا إلى أن الكون في حقيقته ينقسم إلى كون مرصود يبلغ قطره 92 مليار سنة ضوئية، وينتمي إلى الكون برمته وبمنظومته الكاملة التي لا يمكن رؤيتها جميعها، بسبب سقف السرعات في الكون الذي يمنع الضوء من الانتقال بسرعة أعلى من سرعته.
لذلك سيكون الخوض في الكون المرصود وحده منطقيا أكثر، لكوننا نجهل ما وراءه، وبمعادلة بسيطة اقترحتها وكالة الفضاء الأوروبية “إيسا” (ESA) لحساب عدد النجوم عن طريق حاصل ضرب متوسط عدد النجوم في المجرة بعدد المجرات المقدّرة في الكون. وعليه يضع العلماء تخميناتهم بأنّ في الكون المرئي ثمّة ما لا يقل عن ملياري تريليون نجم في الكون.1
والنجوم على اختلافها وتعدد أشكالها، تبقى آلية عملها واحدة، إذ تعتمد جميعها على التفاعل النووي طويل الأمد في أحشائها باندماج ذرات الهيدورجين وتحوّلها إلى ذرات الهيليوم، فينتج طاقة هائلة للغاية تستمر إلى مليارات السنين، أو ربّما أحيانا بضع ملايين السنوات اعتمادا على حجمها ومدى صرفها لوقودها.
ولكي تسهل عملية دراسة النجوم استوجب على علماء الفلك والباحثين تقسيمها وترتيبها. وثمّة تصنيفان يمكن إتباع أحدهما لتحديد هويّة أي نجم، إما بناء على نوعه الطيفي أو على حجمه.
“مورغان-كينان”.. تصنيف النجوم وفق النوع الطيفي
تعود جذور التصنيف العلمي الحالي المتبع إلى عام 1943 عن طريق الفلكيين الأمريكيين “ويليام مورغان” و”فيلب كينان” بتوزيع النجوم في مجموعات وفق الخصائص الطيفية وشدّة الحرارة، فباستخدام جهاز المطياف (Spectrometer) لفصل وتحليل الطيف القادم من الطبقة الخارجية من النجم، يمكن معرفة درجة الحرارة بسهولة.
يقسّم التصنيف الطيفي النجوم إلى 7 مجموعات، ولكل مجموعة حرف باللغة الإنجليزية يرمز له، وتبدأ بالمجموعة “O” الأكثر سخونة، ويبلغ متوسط حرارتها 28 ألف كلفن، وتنتهي عند المجموعة “M” الأقل سخونة، ويبلغ متوسط حرارتها 3500 كلفن. وهي على الترتيب الآتي: O، B، A، F، G، K، M.
وفي المجمل تشتهر كلّ مجموعة بلونها الخاص، فمجموعة الحرف “O” يغلبها اللون الأزرق، والحرف “B” باللون الأزرق المبيّض، والحرف “A” باللون الأبيض، والحرف “F” بالأبيض المصفر، والحرف “G” بالأصفر، والحرف “K” بالبرتقالي، وأخيرا الحرف “M” بالأحمر.
يُعرف هذا التصنيف بنظام “مورغان-كينان”، وقد طرأت عليه عدة تغييرات وإضافات، كإلحاق الأرقام من 0 إلى 9 على الحروف لزيادة عدد التقسيمات ودقتها. وأيضا إضافة الأعداد الرومانية “I II III IV V” للتعبير عن شدّة الإضاءة أو حجم النجم. فالرقم “I” يشير إلى نجم عملاق عظيم (Supergiant)، والرقم “II” يشير إلى نجم عملاق مضيء (Bright Giant)، والرقم “III” يشير إلى عملاق طبيعي (Giant)، والرقم “IV” للإشارة إلى نجم شبه عملاق، وأخيرًا الرقم “V” ويشير إلى النجوم متوسطة الحجم والقزمة.2
وعلى سبيل المثال لو تناولنا الشمس لوصفها، سيكون التعبير الصحيح هو “G2V”، أي أنّ الشمس تنتمي إلى فئة النجوم الصفراء من الدرجة الثانية من حيث السخونة، وأنّ حجمها من النجوم المتوسطة أو القزمة.
وعلى الرغم من بعض التعقيدات السطحية على هذا النظام، تبقى فائدته عميقة وتختصر كثيرا من العناء في أثناء عملية التعامل مع النجوم بالنسبة للمختصين، فببعض الرموز القليلة يمكن لأي عالم أن يفهم النوع الطيفي وحجم النجم ودرجة حرارته.
تصنيف النجوم وفق الحجم.. عالم عشاق السماء
قد لا يروق للبعض نظام “مورغان-كينان”، خاصة الهواة وغيرهم ممن ينظر إلى السماء بعين الفضول لا بغرض الدراسة البحثية، لذا ثمّة تصنيف آخر أقلّ غموضا يعتمد على حجم النجم ولونه لا أكثر. وقبل الخوض في صلب هذا التصنيف، ينبغي الإشارة إلى أنّ النجوم تمر بعدّة مراحل مثل الإنسان، وتبدأ بعملية الولادة، وتنتهي بانفجار المستعر الأعظم (Supernova)، وهو ما يعني في مصطلح النجوم الوفاة.
وإحدى تلك المراحل هي مرحلة التتابع الرئيسي (Main-sequence)، وهي أقرب إلى أن تكون مرحلة الشباب إلى ما قبل الشيخوخة، وفيها يحافظ النجم بعد نضجه على توازن بين الجاذبية القادمة من الخارج إلى المركز، وضغط الحمل الحراري الناتج عن التفاعلات النووية القادم من المركز إلى الخارج، فيمنع هذا التوازن حدوث أيّ انهيار للنجم، ويحافظ عليه ليبقى مليارات السنوات أو حوالي 90% من فترة حياته.
وتنتمي معظم النجوم في الكون إلى حزام النسق الأساسي بنسبة 80%، بما فيها الشمس، وبناء على المدخل البسيط السابق، يمكن الشروع الآن في الحديث عن أنواع النجوم المختلفة وفقا لحجمها.
النجوم الأوّلية.. كتلة من الغبار الكوني المبعثر
النجم الأولي (Protostar) هو وصف للنجم قبل تشكّله، أي حينما يكون عبارة عن تجمع من الغبار الكوني المتطاير والمبعثر، فتقوم الجاذبية بعملها السحري لتعمل على تجميع و(تكتيل) الذرات حول بعضها. وبالاستعانة بالضغط تبدأ الكتلة بالتكوّر حول مركز الجاذبية، ويستغرق الأمر في العادة 100 ألف سنة، وهي أشبه بمرحلة الحضانة بالنسبة للنجوم قبل الولوج إلى مرحلة الطفولة.3
وتعد جميع الطاقة القادمة من النجوم الأولية مصدرها تحرر الإشعاعات عند التصادم بين الجزيئات النشطة، وفي هذه المرحلة ما من أيّ تفاعل نووي يحدث بعد.
نجم “تاو الثور”.. توهجات ورياح نجمية في إطار التشكيل
بعد مرحلة التكوّن الأول يدخل النجم مرحلة التحول، وهي المرحلة التي تسبق الدخول إلى النسق الأساسي، إذ لا يكون هناك ضغط وحرارة كافيتان لبدء التفاعلات النووية والاندماج النووي في المركز، وفي العادة تحتوي نجوم “تاو الثور” (T Tauri Stars) على بقع شمسية كبيرة، بالإضافة إلى توهجات شديدة للأشعة السينية ورياح نجمية عنيفة للغاية، وتستغرق هذه المرحلة قرابة 100 مليون سنة حتى تنشط التفاعلات النووية وتعم النجم كافة.
وبعد أن تحدثنا عن مرحلة النجوم البدائية قبل ولادتها وطور نشوئها، سنتطرق إلى ما بقي من عمرها، ولكي يسهل استيعابها، من الممكن تقسيم بقية حياة النجم على ثلاثة حقب: نجوم التتابع الرئيسي، والنجوم العملاقة والضخمة، وهي مرحلة معنية بالنجوم القديمة التي توشك على الموت، وأخيرا النجوم الخافتة أو الموشكة على الاضمحلال.
النجوم القزمة.. توليد الحرارة عبر التفاعلات النووية
تعد أغلب نجوم النسق الأساسي من النجوم القزمة، هذا إذا ما تمت مقارنتها بالنجوم العملاقة الأخرى في الكون، وقد يبلغ حجم النجم القزم نحو 20 ضعف حجم الشمس، وشدة إضاءة أكثر بـ20 ألف مرّة.
وللتفريق ينبغي التنويه إلى أن النجوم القزمة في النسق الأساسي هي الوحيدة التي تُعد حية، أي أنها تقوم بعملها كنجم يولّد الحرارة عبر التفاعلات النووية، ذلك لأن ثمة أصنافا أخرى من النجوم القزمة المختلفة التي سيأتي ذكرها لاحقا. وثمة نوعان لهذه النجوم هنا.4
– النوع الأول هو النجوم القزمة الصفراء (Yellow Dwarf)، ومنها الشمس، ولديها متوسط عمر يبلغ 10 مليارات سنة.
– النوع الثاني هو النجوم القزمة الحمراء (Red Dwarf)، وهي الأكثر حضورا في المجرة وفي الكون بالمجمل، وتعيش أعمارا أطول من غيرها، لكونها أقلّ حجما وحرارة من الشمس، فهي تعمل على تقنين استخدام وقودها، ومثال ذلك نجم “القنطور” (Proxima Centuari) أقرب النجوم إلى مجموعتنا الشمسية، وهذه النجوم تعيش بضع مئات المليارات من السنين أو يزيد.
موت النجوم.. ألق مبهر يسبق النهايات التراجيدية
تصل النجوم إلى نهاية طورها العمري في التفاعل النووي، حينما يبدأ وقودها بالنفاد من عنصر الهيدروجين، فينهار لبّها على نفسه في بادئ الأمر تحت تأثير الجاذبية الهائل، ثمّ بفعل ارتفاع الحرارة تبدأ بالانتفاخ مجددا على نحو متسارع، فتسلك طريقها نحو التضخم، وبسبب عملية الاحتراق الزائدة والمضطربة في هذه المرحلة، يتغيّر لون النجم إلى الأحمر، فإذا كان عملاقا أزرق (Blue Giant) فإنه يتضخم إلى عملاق أحمر فائق (Red Supergiant)، وهي مرحلة قصيرة نسبيا لا تستمر طويلا.
والنجوم القزمة في العادة في نهاية عمرها تتحوّل إلى عملاقة حمراء (Red Giants)، مثل الشمس، إذ ستبدأ بالتضخم بعد نحو 3 مليارات سنة، فيتضاعف قطرها ربّما إلى أكثر من 100 مرة، فتبتلع كرة الشمس الملتهبة العملاقة مداري عُطارد والزهرة، وربّما الأرض كذلك.
أما النجوم الأكبر حجما من الشمس بـ10 أضعاف، فإنها تتحوّل إلى عملاقة فائقة حمراء (Red Supergiant)، مثل نجم الراقص (Mu Cephei) الموجود في كوكبة قيفاوس، وهو من أشد النجوم سطوعا في مجرة درب التبانة، وكذلك نجم “قلب العقرب” (Antares) الواقع في كوكبة العقرب. وينبغي القول إنّ هذه النجوم ضخمة للغاية بشكل لا يُصدق، ويعد وجودها نادرا للغاية.
وفي حدث نادر قد يتخطى النجم هذا التضخم المتجانس بفقدان كتلته بشكل مثير عبر الرياح النجمية أو الشمسية بشكل غير منتظم، وغالبا ما كانت هذه العناصر المنبعثة متأينة بشدة مثل الهيليوم والعناصر الأثقل مثل الكربون والسيليكون. وتظهر سحابة ملتهبة حول النجم إثر فقدانه لكتلته بمشهد درامي مثير، ويُطلق عليها نجوم “وولف-رايت” (Wolf-Rayet) ومثال عليها نجم (WR 124)، إذ تمكّن تلسكوب “هابل” من التقاط صورة آسرة له.
بعد أن يصل النجم إلى أقصى نقطة توسع، فإنه في هذه اللحظة يترقب حتفه الأخير، فإما أن يتحوّل إلى نجم نيتروني أو إلى نجم قزم بائد، هذا إذا ما استثنينا خيار تحوله إلى ثقب أسود (Blackhole).
النجوم البائدة.. تتعدد الأشكال والفناء واحد
تنتج من العملاق الأحمر أقزام بيضاء (White Dwarf)، بعد أن تخلع عنه كافة الطبقات الخارجية، فيبقى اللب فقط الذي يُعد بمثابة نجوم صغيرة ميتة وعالية الكثافة، وتتكوّن في الغالب من عنصر الكربون، وهو مستقبل شمسنا، فعندما تخسر هذه النجوم القزمة الحرارة الباقية مع مرور الوقت، تتحوّل إلى أقزام سوداء (Black Dwarf)، فيخمد نورها إلى الأبد، ويدخل النجم في مثواه الأخير.
وفي المقابل تنتج من فوق العملاق الأحمر نجوم مختلفة عن غيرها، وهي النجوم النيترونية (Neutron Star)، وتكون صغيرة وكثافتها عالية للغاية، وتتكوّن من نيترونات متراصة بإحكام، وتحيطها طبقة رقيقة من الهيدروجين، ويتراوح قطرها بين 5-16 كيلومترا.
وثمّة احتمال في المستقبل أن يتحوّل هذا النجم النيتروني إلى نجم نابض (Pulsar)، إذ تنبعث منه أشعة كهرومغناطيسية شديدة من قطبيه بسبب سرعة دورانه الهائلة حول نفسه إذ تصل إلى دورة كل 3 ثواني، أو ربّما حتى كل ثلاث أجزاء من الثانية. ومثال النجوم النابضة “نباض السرطان” (Crab Pulsar).5
وأخيرا من النجوم ما يقع تصنيفه بعيدا عن المعايير الماضية، كالأقزام البنية (Brown Dwarf)، وربّما يصح القول عنها إنها أجرام دون نجمية، بحيث لا ينطبق عليها تعريف النجم، لأنها تفتقر إلى افتعال الاندماج النووي في لبّها، بسبب عدم توفر الحرارة والضغط اللازمين، فهي أقزام أكبر تقع ما بين الكواكب وما بين أصغر النجوم الحمراء القزمة.6
إنّ الكون بما فيه من أجرام سماوية، تبقى النجوم هي المهيمن الأكبر والأعظم فيه، ومنها وفيها تنطلق الطاقة نحو الأرجاء، لتملأ الفراغ الكبير الذي تسبب به تمدد الكون. وكانت دراسة النجوم أمرا لا مفرّ منه لفهم آلية عمل الكون، ولعلّنا بعد التصنيفات التي تطرقنا إليها كسرنا بعض الحواجز، وبات فهمنا عن النجوم أفضل مما سبق.
المصادر:
[1] جاكسون، براين (2021). كم عدد النجوم في الكون؟. تم الاسترداد من: https://theconversation.com/how-many-stars-are-there-in-space-165370
[2] جريجرسن، إريك (التاريخ غير معروف). التصنيف الطيفي. تم الاسترداد من: https://www.britannica.com/science/stellar-classification
[3] جاين، فريسر (2009). ما هي أنواع النجوم المختلفة؟. تم الاسترداد من: https://www.universetoday.com/24299/types-of-stars/
[4] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). أنواع النجوم. تم الاسترداد من: https://astrobackyard.com/types-of-stars/
[5] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). 5 نجوم نابضة مكتشفة من الخمسين سنة الماضية. تم الاسترداد من: https://nasa.tumblr.com/post/163637443034/five-famous-pulsars-from-the-past-50-years
[6] محررو الموقع (التاريخ غير معروف) تصنيف النجوم. تم الاسترداد من: https://www.enchantedlearning.com/subjects/astronomy/stars/startypes.shtml#hertzsprung-russell-diagram