چگونه ستارگان بدون «اکسیژن» می سوزند؟

حقایق نجومی ۸۵؛

به گزارش خبرگزاری سیپکس اگر قدری از علم شیمی سررشته داشته باشید می دانید که برای آتش سوزی به اکسیژن نیاز است. در حقیقت اشتعال (Combustion) در زمین بدون وجود اکسیژن غیرممکن است. با این حال شاید این پرسش پیش بیاید که ستارگان در فضای بیرونی که خلاء است و خالی از اکسیژن است چگونه می سوزند و نور و گرما تولید می کنند؟ پاسخ در فرآیندی به نام همجوشی هسته ای (Nuclear Fusion) نهفته است که کاملاً با مفهوم سوختن شیمیایی (Chemical Burning) روی زمین تفاوت دارد.

سوختن شیمیایی همان فرآیندی است که در زمین برای تولید انرژی از طریق واکنش اکسیژن با سوخت رخ می دهد. در این فرآیند مولکول های سوخت با اکسیژن ترکیب شده و انرژی آزاد می کنند. اما در ستارگان فرآیند تولید انرژی کاملاً متفاوت است. در مرکز ستارگان فشار و دما به حدی بالاست که اتم ها با یکدیگر ترکیب می شوند و انرژی تولید می کنند. این فرآیند همجوشی هسته ای نامیده می شود و به هیچ اکسیژنی نیاز ندارد.

همجوشی هسته ای زمانی رخ می دهد که هسته های اتم های سبک تر مانند هیدروژن (Hydrogen) تحت فشار و دمای بالا با یکدیگر ترکیب شده و هسته ای سنگین تر مانند هلیوم (Helium) تشکیل دهند. این فرآیند در دما های چندین میلیون درجه سانتی گراد و فشار های فوق العاده شدید در مرکز ستاره رخ می دهد.

در این فرآیند مقداری از جرم به انرژی تبدیل می شود (بر اساس معادله معروف اینشتین). این انرژی به شکل نور و گرما آزاد می شود و به ستارگان درخشندگی و حرارت فوق العاده می بخشد.

برخلاف سوختن شیمیایی همجوشی هسته ای نیازی به مولکول های خارجی مانند اکسیژن ندارد. انرژی مورد نیاز برای شروع این فرآیند از نیروی گرانش ستاره و فشار عظیمی که در مرکز آن ایجاد می شود تأمین می شود. این فشار باعث می شود هسته های اتمی بر نیروی دافعه الکتریکی خود غلبه کرده و با یکدیگر ترکیب شوند.

ستارگان برای مدت زمان بسیار طولانی می سوزند زیرا سوخت آنها (هیدروژن) به فراوانی در کیهان وجود دارد. با این حال زمانی که سوخت هیدروژن تمام شود ستاره به سراغ عناصر سنگین تر مانند هلیوم می رود و مراحل پایانی عمر خود را آغاز می کند.

این فرآیند بسته به جرم ستاره می تواند به انفجار ابرنواختر (Supernova) تشکیل کوتوله سفید (White Dwarf) ستاره نوترونی (Neutron Star) یا سیاه چاله (Black Hole) منجر شود. فرآیند همجوشی هسته ای منبع الهام بخش بزرگی برای دانشمندان در جستجوی انرژی پاک و بی پایان است. تلاش برای شبیه سازی این فرآیند در آزمایشگاه ها به فناوری همجوشی مصنوعی (Artificial Fusion) منجر شده که می تواند تحولی عظیم در تولید انرژی پایدار ایجاد کند.