ستاره غول سرخ چیست؟ هرآنچه باید بدانید

ستاره‌ها از یک لحاظ به انسان‌ها شباهت دارند: متولد می‌شوند و می‌میرند. البته این اجرام بر اساس اندازه و نوع، مرگ‌های مختلفی را تجربه می‌کنند. غول سرخ یکی از چشمگیرترین مراحل مرگ یک ستاره است. تقریبا در حدود پنج میلیارد سال آینده، خورشید ما به غول سرخ تبدیل می‌شود. در طول این فرآیند خورشید متورم می‌شود و سیاره‌های داخلی منظومه شمسی مثل عطارد، زهره و احتمالا زمین را می‌بلعد.

غول سرخ، به مرحله‌ای از مرگ ستاره گفته می‌شود. ستاره در این مرحله تا چند برابر ابعاد اصلی متورم می‌شود و ممکن است تا یک میلیارد سال در این وضعیت باقی بماند. معمولا ستاره‌های کم‌جرم تا متوسط در پایان عمر به این سرنوشت دچار می‌شوند.

اغلب ستاره‌های جهان از نوع ستاره‌های پیش‌رشته‌ی اصلی هستند. این نوع ستاره‌ها در فرآیند موسوم به همجوشی هسته‌ای، سوخت هیدروژنی را به هلیوم تبدیل می‌کنند. در طول زندگی عادی ستاره، فشار بیرونی همجوشی داخل ستاره‌های پیش رشته‌ی اصلی، فشار درونی گرانشی را خنثی و متعادل می‌سازد. پس از توقف همجوشی هسته، گرانش غالب می‌شود و ستاره را فشرده می‌کند.

در نتیجه، دمای داخلی ستاره افزایش می‌یابد و پوسته‌ی هیدروژنی اطراف هسته‌ی داخلی را مشتعل می‌کند. در این حین، هسته‌ی هلیومی شروع به انقباض می‌کند و دما افزایش می‌یابد و همین افزایش دما به افزایش سرعت تولید انرژی در پوسته‌ی هیدروژنی منجر می‌شود. به این ترتیب ستاره به شکل چشمگیری منبسط می‌شود و درخشش آن افزایش می‌یابد. در این مرحله ستاره به غول سرخ تبدیل می‌شود.

پس از یک میلیارد سال، غول سرخ به کوتوله‌ سفید تبدیل می‌شود و از آنجا که بخش زیادی از جرم خود را به داخل فضا پخش کرده، تنها جرمی هم‌اندازه با زمین از آن باقی می‌ماند. این سرنوشت بسیاری از ستاره‌ها است که تعداد زیادی از آن‌ها نزدیک به یک هشتم خورشید جرم دارند.

البته سناریوی پایان عمر برای ستاره‌های سنگین متفاوت است. ستاره‌هایی که هشت تا ۴۰ برابر خورشید جرم دارند، در پایان عمر وارد فاز ابرغول سرخ می‌شوند. هسته‌ی آن‌ها داغ می‌شود و کربن می‌سوزانند. البته خورشید ما هرگز به این مرحله نمی‌رسد. این ستاره‌ها در نهایت در انفجارهای قدرتمند ابرنواختر می‌میرند و بقایای آن‌ها به شکل ستاره‌ نوترونی یا سیاه‌چاله باقی می‌ماند.

تمام این اتفاق‌ها با سرعت بالایی در مقیاس کیهانی رخ می‌دهند زیرا ستاره‌های عظیم معمولا بسیار سریع سوخت خود را می‌سوزانند. برای مثال با اینکه خورشید ما همجوشی هیدروژنی خود را در حدود ۱۰ میلیارد سال به پایان می‌رساند، ستاره‌هایی که به ابرغول سرخ تبدیل می‌شوند، ذخایر خود را در ده میلیون سال تمام می‌کنند.

برخی از درخشان‌ترین و شناخته‌شده‌ترین ستاره‌های آسمان شب، ابرغول‌های سرخ هستند. ابط‌الجوزا که در شانه‌ی صورت فلکی شکارچی قرار دارد یکی از این اجرام است. همچنین می‌توان به آنتارس، درخشان‌ترین ستاره در صورت فلکی عقرب اشاره کرد.

قطر ستاره‌های غول سرخ معمولا بین ۱۰۰ میلیون تا ۱ میلیارد کیلومتر افزایش پیدا می‌کند که ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر عریض‌تر از خورشید کنونی است. از آنجا که انرژی این ستاره‌ها در مساحت زیادی گسترده شده است، دماهای سطحی آن‌ها نسبتا پائین است به گونه‌ای که دمایشان تنها بین ۲۲۰۰ تا ۳۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد یا اندکی بیشتری از نصف دمای خورشید کنونی است. تغییر دمایی باعث درخشش نور ستاره در بخش سرخ طیف می‌شود، به همین دلیل نام غول سرخ را به آن می‌دهند، گرچه رنگ ستاره مایل به نارنجی است.

با این حال، دماهای هسته‌ی غول‌های سرخ با انقباض هسته افزایش می‌یابد و در نهایت به سطحی می‌رسد که هلیوم به کربن تبدیل می‌شود. اگر ستاره‌ای حداقل ۲٫۲ برابر سنگین‌تر از خورشید باشد، تبدیل هلیوم به کربن فرآیندی نسبتا تدریجی خواهد بود؛ اما برای ستاره‌های کم‌جرم‌تر به شکل جرقه‌ای انفجاری رخ می‌دهد.

تقریبا در حدود پنج میلیارد سال آینده، خورشید ما به غول سرخ تبدیل می‌شود و در حین انبساط، لایه‌های خارجی آن سیاره‌های عطارد و زهره را می‌بلعند و به زمین می‌رسند. دانشمندان هنوز بر سر این مسئله بحث می‌کنند که آیا سیاره‌ی ما هم بلعیده خواهد شد یا مدار آن صرفا در فاصله‌ی نزدیک و خطرناکی از خورشید غول سرخ قرار خواهد گرفت. به هر صورت، حیات به گونه‌ای که امروز روی زمین می‌بینیم متوقف خواهد شد.

خورشید متغیر ما شاید امیدی برای سیاره‌های دیگر باقی بگذارد. با این حال با تبدیل این ستاره به غول سرخ، کمربند حیات آن و همچنین فاصله‌ی مداری برای جریان یافتن آب مایع تغییر خواهد کرد. ازآنجاکه ستاره تقریبا یک میلیارد سال در این فاز باقی می‌ماند، احتمالا دوباره حیاتی روی سیاره‌ها و قمرهای دوردست‌تر شکل بگیرد و این اجرام هم گرمای کافی دریافت کنند.

وقتی سن و درخشش ستاره‌ای بالا می‌رود، کمربند حیات آن به سمت خارجی‌تر حرکت می‌کند. در حال حاضر اجرام بخش خارجی منظومه‌ی شمسی مثل اروپا و انسلادوس (قمرهای اطراف مشتری و زحل) منجمد هستند. بااین‌حال وقتی خورشید به کوتوله‌ سفید تبدیل شود، این نور حیات‌بخش هم ناپدید خواهد شد.

غول‌های سرخ، فقط توپ‌های متورم و خشمگین پایان مرگ ستاره‌ها نیستند بلکه ویژگی‌های جالبی دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

ستاره‌های خورشیدمانند در حین تکامل به غول سرخ، به مدت چند میلیارد سال در فاصله‌‌ی تقریبی دو واحد نجومی تا تقریبا ۹ واحد نجومی دارای کمربند حیات هستند. این کمربند حیات در حالی به وجود می‌‌آید که غول سرخ در حین تکامل خود منظومه‌ی داخلی‌اش را می‌بلعد.

علاوه بر این ستاره پس از تبدیل کامل به غول سرخ، به مدت تقریبا یک میلیارد سال کمربند حیاتش را به بین ۷ تا ۲۲ واحد نجومی می‌رساند.

ستاره‌های بسیار کم‌جرم می‌توانند تا تریلیون‌ها سال به همجوشی هیدروژن به هلیوم ادامه دهند تا اینکه هیدروژن تنها در بخش کوچکی از ستاره باقی بماند. دما و درخشش این ستاره‌ها هم مشابه ستاره‌های پرجرم‌تر در طول این فرآیند افزایش می‌یابد. با این‌حال به دلیل مدت طولانی تکامل، دما به اندازه‌ی ۵۰ درصد و درخشش هم به اندازه‌ی ده برابر افزایش می‌یابد.

چنین ستاره‌هایی در نهایت به سطحی از هلیوم می‌رسند که فرآیند همرفت آن‌ها متوقف شده و هیدروژن باقی‌مانده درون هسته‌ی آن‌ها هم در طول چند میلیارد سال اکسید می‌شود. این ستاره‌ها بر اساس میزان جرم می‌توانند بسیار داغ‌تر از خورشید و ده‌ها برابر درخشان‌تر از حالت اولیه‌ی خود شوند با این‌حال درخشش آن‌ها به پای خورشید نمی‌رسد. به همین ترتیب حتی پس از چند میلیارد سال به سوزاندن هیدروژن ادامه می‌دهند و در نهایت به کوتوله‌های سفید کم‌نور تبدیل می‌شوند.

تمام ستاره‌های غول سرخ که تاکنون کشف شده‌اند دارای چرخش بسیار کندی به دور خود هستند و تحت شرایط خاص حتی به‌سختی می‌توان چرخش آن‌ها را تشخیص داد. دلیل این پدیده هم می‌تواند اتلاف جرم باشد که بر کند شدن سرعت چرخش تأثیر می‌گذارد. تعداد کمی از ستاره‌ها مثل ابط‌الجوزا که با سرعت تقریبی ۵ کیلومتر بر ثانیه می‌چرخد احتمالا دارای برهم‌کنش دوتایی با ستاره‌های دیگر هستند. البته گفتنی است که هسته‌ی غول‌های سرخ با سرعت بیشتری نسبت به لایه‌های بیرونی آن می‌چرخد.

یکی از بزرگ‌ترین غول‌های سرخ که تاکنون کشف شده، VY Canis Majoris (وی‌وای سگ بزرگ) است. ابعاد این غول سرخ تقریبا ۱۴۰۰ برابر خورشید است و در فاصله‌ی ۴۹۰۰ سال نوری از ما قرار دارد. این ستاره همچنین یکی از بزرگ‌ترین ستاره‌های راه شیری کشف شده تاکنون است.

تصور می‌شود کانیس ماجوریس، بیش از نیمی از جرم خود را از دست داده که بر اساس تخمین‌ها برابر با ۱۷ جرم خورشیدی است. شعاع این ستاره هم تقریبا ۱۴۲۰ برابر بیشتر از شعاع خورشید است.

با این حساب قطر این ستاره‌ی غول‌پیکر به ۲٫۴ میلیارد کیلومتر می‌رسد. اگر چنین ستاره‌ای ناگهان در میان منظومه شمسی ظاهر شود، سطح آن تا آن سوی مشتری و بر اساس برخی تخمین‌ها تا آن‌سوی زحل ادامه خواهد یافت.

غول‌های سرخ خاص موسوم به غول سرخ مجانبی به شدت فعال و غیرپایدار هستند، به گونه‌ای که مقدار قابل توجهی از مواد خود را با سرعت بالایی دفع می‌کنند. ماده‌ی دفع شده، این ستاره‌ها را در هاله‌ای چگال از غبار و مواد ستاره‌ای متراکم فرو می‌برد. به همین دلیل این ستاره‌ها را نمی‌توان در طول موج‌های نور مرئی مشاهده کرد.

گرچه سیاره‌های غول پیکر در اطراف سیاره‌های کلان‌جرم قرار دارند، هیچ همبستگی خاصی بین جرم ۵۰ سیاره‌ی کلان جرمی که تاکنون در اطراف غول‌های سرخ مشاهده شده‌اند، وجود ندارد. بر اساس یک فرضیه، توضیح این پدیده می‌تواند این باشد که با رشد غول‌های سرخ، سیاره‌های آن‌ها برخی مواد دفع‌شده از ستاره را جذب می‌کنند.

مرحله‌ی پایانی عمر غول سرخ به شدت به مقدار جرم آن‌ها در طول پیش‌رشته‌ی اصلی وابسته است. سرنوشت ستاره‌های متوسطی مثل خورشید به کوتوله‌ی سفید ختم می‌شود در حالی که ستاره‌های کلان‌جرم‌تر در انفجار ابرنواختر چشمگیر می‌میرند و در نهایت به ستاره‌‌های نوترونی یا سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند.

غول سرخ به مرحله‌ای از پایان عمر ستاره گفته می‌شود که درجریان آن سوخت هیدروژنی ستاره به پایان می‌رسد و برای ادامه‌ی حیات، هلیوم می‌سوزاند. معمولا ستاره‌های کم‌جرم تا متوسط مثل خورشید در پایان عمر وارد فاز غول سرخ می‌شوند. در حالی که ستاره‌های کلان‌جرم به ابرغول سرخ تبدیل می‌شوند.

درجریان فاز غول سرخ، ستاره بسیاری از لایه‌های خارجی خود را از دست می‌دهد و به توپی متورم و نارنجی‌رنگ تبدیل می‌شود که با توجه به افزایش مساحت دمای سطح آن نیز کاهش می‌یابد. ابط‌الجوزا و کانیس‌ ماجوریس از درخشان‌ترین و عظیم‌ترین غول‌های سرخ راه شیری هستند.