ریپورتر
10th July 2009, 06:10 PM
ما در اطراف خود اجسام زیادی می بینیم، از اجسام میکروسکوپی تا بزرگترین جسم از دید ما که زمین است.
اکنون یک نگاه کلی به خردترین تا بزرگترین اجسام یا ساختارها می اندازیم:
تمامی اجسام از اتم ساخته شده اند، خود اتم ها از ذرات زیر اتمی (الکترون، پروتون، نوترون) ساخته شده اند، در این میان الکترون ها دارای بار منفی پروتون های دارای بار مثبت و نوترون ها بدون بار هستند. پروتون ها و نوترون ها در مرکز اتم (هسته) جای دارند و الکترون ها به گرد هسته در حرکتند. خود پروتون ها و نوترون ها از ذرات بنیادی (بنیادی به این معنا است که خود از ذره دیگری ساخته نشده است) به نام کوارک ها ساخته شده اند. پروتون دارای دو کوارک بالا و یک کوارک پایین، و نوترون دارای یک کوارک بالا و دو کوارک پایین هستند. الکترون خود در گروهی از ذرات بنیادی به نام لپتون ها جای دارد. در بیشتر اتم ها شمار پروتون و نوترون برابر است و هیدروژن معمولی تنها اتم بدون نوترون در طبیعت است.
با کنار هم قرار گرفتن اتم ها مولکولها ساخته می شوند. اجسامی که ما در اطراف خود می بینیم از میلیاردها مولکول ساخته شده اند.
در مرحله بعدی سیارات و ماه هایشان جای دارند، سپس ستارگان مانند خورشید ستاره محلی ما و بزرگتر از آن مجموعه چند ستاره که در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و تشکیل یک گروه ستاره ای را می دهند. ساختار بزرگتر کهکشان ها هستند که بسته به اندازه از یک میلیون ستاره (کهکشان های کوتوله) تا ده هزار میلیارد ستاره (کهکشان های قول) دارند. کهکشان محلی ما (راه کاهکشان – راه شیری) تقریبا شامل یکصد میلیارد ستاره است. از آنجا که پراکندگی جرم در همه جای جهان یکسان نیست و کهکشان ها خود تمایل دارند که در کنار یکدیگر قرار بگیرند به ساختار بزرگتری به نام خوشه های کهکشانی می رسیم که شامل 10 تا 1000 کهکشان هستند. ساختار بزرگتر، خود عالم است که شامل تمامی اجسام بالا می باشد.
حال که اجسام را از ذرات بنیادی تا خود کیهان دسته بندی مختصری کردیم به این پرسش می رسیم که این ساختار ها چگونه تشکیل شده اند. در این باره فرضیه های بسیاری بیان شده که یکی از آنها که مقبولیت بسیاری دارد نظریه ی مهبانگ (انفجار بزرگ) است. این نظریه بر پاییه فرضیه نسبیت انیشتین بنا شده است. در سال 1905 انشتین فرضیه نسبیت خاص خود را بیان کرد که بنا بر آن به فرمول رابط میان جرم و انرژی یعنی E=mc^2 (انرژی برابر است با جرم ضرب در توان دوم سرعت نور–تقریبا سیصد هزار کیلومتر در ثانیه-)دست یافت. بر اساس فرضیه مهبانگ جهان با یک انفجار بسیار بزرگ آغاز شده و در لحظه انفجار جرم در حدود صفر و انرژی و دما تقریبی از بینهایت بوده، که با وقوع انفجار از دما و در نتیجه از انرژی کاسته شده و از آنجا که جرم با انرژی در رابطه است پس با هر مرحله از کاهش دما ذراتی که جرمی معادل با آن انرژی داشته اند به وجود آمده اند. برای نمونه جرم پروتون برابر 24-^10*1.67 گرم است که معادل 3-^10*1.5 ارگ انرژی (یکای انرژی، معادل با انرژی جنبشی ذره ای به جرم یک گرم که با سرعت یک سانتیمتر بر ثانیه در حرکت است.) می باشد. در فیزیک انرژیهای بالا، معمولا جرم را بر حسب انرژی ( Mev - Gev به ترتیب مگا الکترون ولت و گیگا الکترون ولت) بیان می کنند.
با ایجاد پروتون ها و نوترون ها نخستین نیاز های ساخت اتم ها شکل یافتند اما تا مدت ها دما به قدری زیاد بود که امکان قرار گیری الکترون ها و پروتون در کنار یکدیگر برای ساخت ساده ترین اتم موجود یعنی هیدروژن وجود نداشت، در این زمان ماده به صورت یون ها (پروتون ها) و الکترون ها موجود بوده که به این وضعیت حالت چهارم ماده یعنی پلاسما می گوییم (لازم به ذکر است که ماده دارای چهار حالت جامد، مایع، گاز و پلاسما می باشد). پس از اینکه دما پایین تر آمده و امکان قرار گیری پروتون ها و الکترون ها در کنار یکدیگر مهیا شد نخستین اتم های هیدروژن و در نتیجه ابرهای هیدروژن شکل گرفتند. با متراکم شدن این ابرها دما بالا رفته و زمانیکه به حدود 10 میلیون درجه کلوین رسیده اتم های هیدروژن دوباره به حالت پلاسما در آمده و با سرعت های بالا به یکدیگر برخورد کرده اند و انرژی ناشی از این برخورد ها و دمای بالا سبب ایجاد نخستین همجوشی های هسته ای شده، در آغاز دو اتم هیدروژن (یا دو پروتون) با یکدیگر برخورد کرده و دوتریوم ها را ساخته سپس اتم هلیوم-3 و هلیوم-4 (منظور جرم اتم است) ساخته شده اند لازم به گفتن است که جرم یک اتم برابر شمار پروتون ها و نوترون های آن است برای نمونه هلیوم-4 روی هم چهار ذره در هسته خود دارد (دو پروتون و دو نوترون)، اینچنین نخستین ستارگان و کهکشان ها پدید آمده اند. این فعالیت هسته ای به اندازه کافی گرما تولید کرده تا ستاره به مدت زمان بسیار طولانی حالت پایداری را حفظ کند، به این مرحله از زندگی ستاره رشته اصلی می گویند. پس از پایان سوخت هیدروژنی ستاره عمده ماده تشکیل دهنده هسته هلیوم است در این مرحله ستاره شروع به متراکم تر شدن می کند و دما آن تا حدود 100 میلیون درجه کلوین بالا می رود در این مرحله واکنش هسته ای دیگری که تبدیل 3 اتم هلیوم به یک اتم کربن است آغاز می شود. این سری از واکنش ها سبب گرم شدن بیشتر ستاره و در نتیجه انبساط آن می شوند. در این میان واکنش میان اتم های کربن و دیگر اتم ها (مانند هلیوم) سبب به وجود آمدن اتم های سنگین تر مانند اکسیژن و پس از آن نئون، سدیم، منیزیم، آلومینیوم وغیره می شود. زمانی که ستاره به اندازه کافی اتم های سنگینتر بسازد و دیگر سوخت هسته ای کافی نداشته باشد شروع به منقبض شدن می کند و فشاری که به فشار تبهگنی معروف است ایجاد می شود. در این مرحله رخدادی که برای ستاره پیش می آید به جرم آن وابسته است. اگر جرم ستاره از 0.1 جرم خورشید کمتر باشد به یک کوتوله قهوه ای تبدیل می شود، اگر جرمی در حدود جرم خورشید داشته باشد شعاع آن تا حد شعاع زمین کم می شود و اصطلاحا به آن کوتوله سفید می گوییم. اگر جرمی در حدود 3 برابر جرم خورشید داشته باشد به ستاره ای نوترونی(ستاره ای فرو ریخته که بیشتر جرم آن از نوترون تشکیل یافته است.) تبدیل می شود، و در صورتی که جرم بسیار بیشتری داشته باشد می تواند به سیاهچاله (سیاهچاله ها دارای جرم بسیار زیادی هستند که حتی نور نیز توانایی گریز از آنها را ندارد هر جسمی که سرعت گریزش –سرعتی که اجسام دیگر نیاز دارند تا بتوانند از گرانش آن جسم رها شوند- به سرعت نور برسد به سیاهچاله تبدیل شده و به فاصله ای که سرعت گریز در آن برابر سرعت نور است افق رویداد می گویند) تبدیل شود.
اگر جرم ستاره چند برابر جرم خورشید باشد با پایان یافتن سوخت هسته ای با یک انفجار ابرنواختری بخش های خارجی ستاره به بیرون پرتاب شده، که این لایه بیرونی شامل هیدروژن و عناصر سنگین تری است و همچنین انفجار ابرنواختری سبب موجی ضربه ای در فضای میان ستاره ای شده و تواضن را به هم می زند و در بخش هایی ماده بیشتری جمع می شود. یک ابرنواختر بسیار نورانی است و گاهی درخشندگی یک ستاره برای چند هفته یا چند ماه تا صد میلیون برابر افزایش می یابد.
در زیر تصویر یک ابر نو اختر را می بینید:
http://www.myimagehosting.com/7533HSxfX-71825.pic
بقایای یک ابرنواختر محیط خوبی برای تشکیل ستارگان نسل دوم که حاوی عناصر سنگین ترند است. در این ابرهای ستاره ای جدید گاهی چند مرکز جرم ایجاد می شود که سبب به وجود آمدن منظومه های سیاره ای می شود (البته زمانی که ستارگان نخستین نیز بوجود می آمده اند امکان پدیدار شدن چند مرکز جرم بوده و زمانی که چند مرکز جرم ایجاد شود هرکدام از آنها که توانایی ایجاد واکنش های هسته ای را داشته باشند به ستاره تبدیل شده و اگر برای آغاز واکنش های هسته ای به اندازه کافی جرم نداشته باشند به سیاره تبدیل می شوند).
عناصر سنگین تر سبب بوجود آمدن سیاره هایی با هسته های فلزی یا سنگی شده (مانند سیارات سنگی منظومه خورشیدی) و اگر مقدار زیادی گاز در مرکز جرمی باشد سیاره های گازی را پدید می آورد(مانند سیاره مشتری)، خورشید ستاره ای است که احتمالا از بقایای یک ابرنوختر به وجود آمده است.
اکنون یک نگاه کلی به خردترین تا بزرگترین اجسام یا ساختارها می اندازیم:
تمامی اجسام از اتم ساخته شده اند، خود اتم ها از ذرات زیر اتمی (الکترون، پروتون، نوترون) ساخته شده اند، در این میان الکترون ها دارای بار منفی پروتون های دارای بار مثبت و نوترون ها بدون بار هستند. پروتون ها و نوترون ها در مرکز اتم (هسته) جای دارند و الکترون ها به گرد هسته در حرکتند. خود پروتون ها و نوترون ها از ذرات بنیادی (بنیادی به این معنا است که خود از ذره دیگری ساخته نشده است) به نام کوارک ها ساخته شده اند. پروتون دارای دو کوارک بالا و یک کوارک پایین، و نوترون دارای یک کوارک بالا و دو کوارک پایین هستند. الکترون خود در گروهی از ذرات بنیادی به نام لپتون ها جای دارد. در بیشتر اتم ها شمار پروتون و نوترون برابر است و هیدروژن معمولی تنها اتم بدون نوترون در طبیعت است.
با کنار هم قرار گرفتن اتم ها مولکولها ساخته می شوند. اجسامی که ما در اطراف خود می بینیم از میلیاردها مولکول ساخته شده اند.
در مرحله بعدی سیارات و ماه هایشان جای دارند، سپس ستارگان مانند خورشید ستاره محلی ما و بزرگتر از آن مجموعه چند ستاره که در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و تشکیل یک گروه ستاره ای را می دهند. ساختار بزرگتر کهکشان ها هستند که بسته به اندازه از یک میلیون ستاره (کهکشان های کوتوله) تا ده هزار میلیارد ستاره (کهکشان های قول) دارند. کهکشان محلی ما (راه کاهکشان – راه شیری) تقریبا شامل یکصد میلیارد ستاره است. از آنجا که پراکندگی جرم در همه جای جهان یکسان نیست و کهکشان ها خود تمایل دارند که در کنار یکدیگر قرار بگیرند به ساختار بزرگتری به نام خوشه های کهکشانی می رسیم که شامل 10 تا 1000 کهکشان هستند. ساختار بزرگتر، خود عالم است که شامل تمامی اجسام بالا می باشد.
حال که اجسام را از ذرات بنیادی تا خود کیهان دسته بندی مختصری کردیم به این پرسش می رسیم که این ساختار ها چگونه تشکیل شده اند. در این باره فرضیه های بسیاری بیان شده که یکی از آنها که مقبولیت بسیاری دارد نظریه ی مهبانگ (انفجار بزرگ) است. این نظریه بر پاییه فرضیه نسبیت انیشتین بنا شده است. در سال 1905 انشتین فرضیه نسبیت خاص خود را بیان کرد که بنا بر آن به فرمول رابط میان جرم و انرژی یعنی E=mc^2 (انرژی برابر است با جرم ضرب در توان دوم سرعت نور–تقریبا سیصد هزار کیلومتر در ثانیه-)دست یافت. بر اساس فرضیه مهبانگ جهان با یک انفجار بسیار بزرگ آغاز شده و در لحظه انفجار جرم در حدود صفر و انرژی و دما تقریبی از بینهایت بوده، که با وقوع انفجار از دما و در نتیجه از انرژی کاسته شده و از آنجا که جرم با انرژی در رابطه است پس با هر مرحله از کاهش دما ذراتی که جرمی معادل با آن انرژی داشته اند به وجود آمده اند. برای نمونه جرم پروتون برابر 24-^10*1.67 گرم است که معادل 3-^10*1.5 ارگ انرژی (یکای انرژی، معادل با انرژی جنبشی ذره ای به جرم یک گرم که با سرعت یک سانتیمتر بر ثانیه در حرکت است.) می باشد. در فیزیک انرژیهای بالا، معمولا جرم را بر حسب انرژی ( Mev - Gev به ترتیب مگا الکترون ولت و گیگا الکترون ولت) بیان می کنند.
با ایجاد پروتون ها و نوترون ها نخستین نیاز های ساخت اتم ها شکل یافتند اما تا مدت ها دما به قدری زیاد بود که امکان قرار گیری الکترون ها و پروتون در کنار یکدیگر برای ساخت ساده ترین اتم موجود یعنی هیدروژن وجود نداشت، در این زمان ماده به صورت یون ها (پروتون ها) و الکترون ها موجود بوده که به این وضعیت حالت چهارم ماده یعنی پلاسما می گوییم (لازم به ذکر است که ماده دارای چهار حالت جامد، مایع، گاز و پلاسما می باشد). پس از اینکه دما پایین تر آمده و امکان قرار گیری پروتون ها و الکترون ها در کنار یکدیگر مهیا شد نخستین اتم های هیدروژن و در نتیجه ابرهای هیدروژن شکل گرفتند. با متراکم شدن این ابرها دما بالا رفته و زمانیکه به حدود 10 میلیون درجه کلوین رسیده اتم های هیدروژن دوباره به حالت پلاسما در آمده و با سرعت های بالا به یکدیگر برخورد کرده اند و انرژی ناشی از این برخورد ها و دمای بالا سبب ایجاد نخستین همجوشی های هسته ای شده، در آغاز دو اتم هیدروژن (یا دو پروتون) با یکدیگر برخورد کرده و دوتریوم ها را ساخته سپس اتم هلیوم-3 و هلیوم-4 (منظور جرم اتم است) ساخته شده اند لازم به گفتن است که جرم یک اتم برابر شمار پروتون ها و نوترون های آن است برای نمونه هلیوم-4 روی هم چهار ذره در هسته خود دارد (دو پروتون و دو نوترون)، اینچنین نخستین ستارگان و کهکشان ها پدید آمده اند. این فعالیت هسته ای به اندازه کافی گرما تولید کرده تا ستاره به مدت زمان بسیار طولانی حالت پایداری را حفظ کند، به این مرحله از زندگی ستاره رشته اصلی می گویند. پس از پایان سوخت هیدروژنی ستاره عمده ماده تشکیل دهنده هسته هلیوم است در این مرحله ستاره شروع به متراکم تر شدن می کند و دما آن تا حدود 100 میلیون درجه کلوین بالا می رود در این مرحله واکنش هسته ای دیگری که تبدیل 3 اتم هلیوم به یک اتم کربن است آغاز می شود. این سری از واکنش ها سبب گرم شدن بیشتر ستاره و در نتیجه انبساط آن می شوند. در این میان واکنش میان اتم های کربن و دیگر اتم ها (مانند هلیوم) سبب به وجود آمدن اتم های سنگین تر مانند اکسیژن و پس از آن نئون، سدیم، منیزیم، آلومینیوم وغیره می شود. زمانی که ستاره به اندازه کافی اتم های سنگینتر بسازد و دیگر سوخت هسته ای کافی نداشته باشد شروع به منقبض شدن می کند و فشاری که به فشار تبهگنی معروف است ایجاد می شود. در این مرحله رخدادی که برای ستاره پیش می آید به جرم آن وابسته است. اگر جرم ستاره از 0.1 جرم خورشید کمتر باشد به یک کوتوله قهوه ای تبدیل می شود، اگر جرمی در حدود جرم خورشید داشته باشد شعاع آن تا حد شعاع زمین کم می شود و اصطلاحا به آن کوتوله سفید می گوییم. اگر جرمی در حدود 3 برابر جرم خورشید داشته باشد به ستاره ای نوترونی(ستاره ای فرو ریخته که بیشتر جرم آن از نوترون تشکیل یافته است.) تبدیل می شود، و در صورتی که جرم بسیار بیشتری داشته باشد می تواند به سیاهچاله (سیاهچاله ها دارای جرم بسیار زیادی هستند که حتی نور نیز توانایی گریز از آنها را ندارد هر جسمی که سرعت گریزش –سرعتی که اجسام دیگر نیاز دارند تا بتوانند از گرانش آن جسم رها شوند- به سرعت نور برسد به سیاهچاله تبدیل شده و به فاصله ای که سرعت گریز در آن برابر سرعت نور است افق رویداد می گویند) تبدیل شود.
اگر جرم ستاره چند برابر جرم خورشید باشد با پایان یافتن سوخت هسته ای با یک انفجار ابرنواختری بخش های خارجی ستاره به بیرون پرتاب شده، که این لایه بیرونی شامل هیدروژن و عناصر سنگین تری است و همچنین انفجار ابرنواختری سبب موجی ضربه ای در فضای میان ستاره ای شده و تواضن را به هم می زند و در بخش هایی ماده بیشتری جمع می شود. یک ابرنواختر بسیار نورانی است و گاهی درخشندگی یک ستاره برای چند هفته یا چند ماه تا صد میلیون برابر افزایش می یابد.
در زیر تصویر یک ابر نو اختر را می بینید:
http://www.myimagehosting.com/7533HSxfX-71825.pic
بقایای یک ابرنواختر محیط خوبی برای تشکیل ستارگان نسل دوم که حاوی عناصر سنگین ترند است. در این ابرهای ستاره ای جدید گاهی چند مرکز جرم ایجاد می شود که سبب به وجود آمدن منظومه های سیاره ای می شود (البته زمانی که ستارگان نخستین نیز بوجود می آمده اند امکان پدیدار شدن چند مرکز جرم بوده و زمانی که چند مرکز جرم ایجاد شود هرکدام از آنها که توانایی ایجاد واکنش های هسته ای را داشته باشند به ستاره تبدیل شده و اگر برای آغاز واکنش های هسته ای به اندازه کافی جرم نداشته باشند به سیاره تبدیل می شوند).
عناصر سنگین تر سبب بوجود آمدن سیاره هایی با هسته های فلزی یا سنگی شده (مانند سیارات سنگی منظومه خورشیدی) و اگر مقدار زیادی گاز در مرکز جرمی باشد سیاره های گازی را پدید می آورد(مانند سیاره مشتری)، خورشید ستاره ای است که احتمالا از بقایای یک ابرنوختر به وجود آمده است.