ვარსკვლავების ცხოვრების ციკლი

  ამ პოსტში მე მინდა ჩამოვაყალიბო ვარსკვლავების დაბადების და სიკვდილის პროცესი. აქვე გავიგებთ თუ რამდენად მნიშვნელოვანია გრავიტაციული ძალა მთელს სამყაროში და მათ შორის ჩვენს ცხოვრებაშიც.
  პირველი ვარსკვლავი სამყაროში გაჩნდა დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით ერთი მილიარდი წლის შემდეგ. ვარსკვლავების ჩამოყალიბება ხდება სამყაროში არსებული ცივი წყალბადის ღრუბლებისგან და მტვრისგან.


გრავიტაციული ველის გავლენით ხდება აღნიშნული მტვერისა და წყალბადის გაზის შეკუმშვა, შეგროვება, რის შემდეგაც ეს ყველაფერი იწყებს ბრუნვას და ბირთვში დაგროვილი მატერია ხდება იმდენად შეკუმშული, რომ იწყება თერმობირთვული სინთეზი, აინთება ვარსკვლავი.

ბირთვის გარშემო დარჩენილი მტვერისგან კი შესაძლებელია პლანეტები ჩამოყალიბდნენ. როდესაც ვარსკვლავები დაიბადებიან, მათ აქვთ განსხვავებული ზომები და მასები, ასევე მათი ფერიც განსხვავებულია. რაც უფრო მხურვალეა ვარსკვლავი, მით უფრო კაშკაშაა იგი და ის არის ცისფერი, ხოლო ნაკლებად მხურვალე ვარსკვლავები არიან წითელი ფერის.
  გრავიტაციული ძალა მუდამ ცდილობს ვარსკვლავი შეკუმშოს,რის შედეგადაც ვარსკვლავის ბირთვში წარმოიქმნება დიდი წნევა და ამის საფუძველზე ხდება წყალბადის გამოწვა, საიდანაც ვარსკვლავი იღებს ენერგიას. ვარსკვლავების შექმნა გრავიტაციული ველის დამსახურებაა, ისევე როგორც მათი განადგურება. როდესაც ვარსკვლავები გრავიტაციული მიზიდულობის ძალასთან ჭიდილში გამოცლიან თავიანთ წყალბადის საწვავს, იწყება მათი სიკვდილის პროცესი, რომელიც განსხვავებულია სხვადასხვა მასის მქონე ვარსკვლავებისთვის. დიდი მასის მქონე ვარსკვლავები უფრო სწრაფად წვავენ თავიანთ საწვავს და შედეგად მცირე მასის მქონე ვარსკვლავებთან შედარებით უფრო მცირე დროის მანძილზე ცოცხლობენ. ჩვენი გალაქტიკის მზე არის პატარა ვარსკვლავი და მისი ტოლი ვარსკვლავები ცოცხლობენ დაახლოებით 10 მილიარდი წლის მანძილზე, მაშინ როცა მასზე 20-ჯერ დიდ ვარსკვლავს შეუძლია იცოცხლოს მხოლოდ დაახლოებით 10 მილიონი წელი.
  ისეთი ვარსკვლავები, როგორიც არის ჩვენი გალაქტიკის მზე, ანუ მცირე ზომის ვარსკვლავები, წყალბადის საწვავის გამოლევის შემდეგ იწყებენ ჰელიუმის და უფრო მძიმე ელემენტების გამოწვას. შედეგად ვარსკვლავის გარე ფენები იწყებენ უფრო გახურებას და გაფართოებას, გრავიტაციული ველი ვეღარ აკავებს მას და ვარსკვლავი იწყებს გაფართოებას. ამ დროს ის გადაიქცევა წითელ გიგანტად და თუ კი მასთან ახლოს იმყოფებიან პლანეტები, შთანთქავს მათ. სავარაუდოდ მომავალში ჩვენს მზესაც იგივე ბედი ელის, გადაიქცევა წითელ გიგანტად და შთანთქავს მის ირგვლივ მბრუნავ რამდენიმე პლანეტას, მათ შორის შესაძლებელია დედამიწასაც.

მას შემდეგ, რაც ვარსკვლავის ბირთვი სრულად გამოწავს მძიმე ელემენტების საწვავს, მოხდება წითელი გიგანტის აფეთქება და ბირთვის გარშემო მყოფი გარსი მიმოიფანტება ბირთვის ირგვლივ, წარმოიქმნება პლანეტარული ნისლი (Planetary Nebula).

(M27: The Dumbbell Nebula, Credit & Copyright: Joe & Gail Metcalf, Adam Block, NOAO, AURA, NSF )


(M2-9: Wings of a Butterfly Nebula, Credit: B. Balick (U. Washington) et al., WFPC2, HST, NASA)


(NGC 6543 Hubble Wide Field Image)

დარჩენილ ბირთვს აღარ გააჩნია საწვავი ბირთვული რეაქციებისთვის, მაგრამ ის მაინც აგრძელებს სიცოცხლეს და გამოირჩევა თეთრი კაშკაშა ნათებით.ვარსკვლავისგან დარჩენილ ამ კაშკაშა ბირთვს ეწოდება თეთრი ჯუჯა.
  თეთრი ჯუჯებს ჩვეულებრივ აქვთ მზის მასის ნახევარი მასა და ისინი არიან დედამიწაზე ოდნავ დიდი ზომის, რაც იმას ნიშნავს, რომ თეთრი ჯუჯები წარმოადგენენ ძალიან მკვრივ ობიექტებს. მათი სიმკვრივე არის დაახლოებით 1x10⁹კგ/მ³, მაშინ როცა დედამიწის საშუალო სიმკვრივე არის დაახლოებით 5.4x10³კგ/მ³, ე.ი თეთრი ჯუჯა დედამიწაზე 200 000-ჯერ უფრო მკვრივია და მისი მიზიდულობის ძალა დედამიწის მიზიდულობის ძალაზე 100 000-ჯერ უფრო დიდია. თეთრ ჯუჯას მაქსიმუმ შესაძლებელია ქონდეს 1.4 მზის მასის ტოლი მასა. ვარსკვლავს სიცოცხლის ამ ეტაპზე აღარ გააჩნია საწვავი იმისთვის, რომ წინააღმდეგობა გაუწიოს გრავიტაციული ძალისგან გამოწვეულ გარედან მოქმედ წნევას, ამიტომაც ის იკუმშება იქამდე სანამ თეთრი ჯუჯის შემადგენელი ატომების ელექტრონები არ დაიწყებენ ერთმანეთთან დაჯახებას. ელექტრონები დამუხტულნი არიან უარყოფითად და ისინი ერთმანეთს განიზიდავენ, ასევე ელექტრონებისთვის მოქმედებს კვანტურ მექანიკაში ცნობილი პაულის პრინციპი, რომლის თანახმადაც ერთ ენერგეტიკულ დონეზე არ შეიძლება ორი ერთნაირი კვანტური მახასიათებლის მქონე ელექტრონს ყოფნა. გრავიტაციული ველის გავლენით კი თეთრი ჯუჯა იმ დონემდე არის შეკუმშილი, რომ ელექტრონებისთვის თავისუფალი ადგილი აღარ რჩება და ამიტომაც ყალიბდება გადაგვარებული ელექტრონული გაზი. ამის შემდეგ კვანტური მექანიკით უკვე დაუშვებელია უფრო მცირე ზომამდე შეკუმშვა თეთრი ჯუჯა გააგრძელებს იქამდე არსებობას, სანამ არ ჩაქრება და გადაიქცევა შავ ჯუჯად. შავი ჯუჯები მხოლოდ თეორიაში არსებობენ, ისინი ჯერ არ დაუფიქსირებიათ, ალბათ იმიტომ, რომ სამყარო არ არის იმხელა ასაკის, რომ ვარსკვლავს მოესწროს შავ ჯუჯად გადაქცევა.
  ამრიგად, ჩვენი მზის მსგავსი ვარსკვლავები სიცოცხლის დასასრულს გადაიქცევიან წითელ გიგანტებად, შემდეგ აფეთქდებიან და გადაიქცევიან თეთრ ჯუჯად და საბოლოოდ სიცოცხლეს დაასრულებენ შავ ჯუჯებად. წითელი გიგანტის აფეთქების შედეგად დარჩენილი ნისლისგან კი მრავალი წლის გასვლის შემდეგ კვლავ ჩამოყალიბდება ახალი ვარსკვლავი.
  ჩვენი გალაქტიკის მზეზე ბევრად მასიური ვარსკვლავები მალევე გამოწვავენ წყალბადის საწვავს. შედეგად ვარსკვლავის ტემპერატურა აღწევს იმდენს, რომ იწყება ნახშირბადის გამოწვა ჟანგბადთან, ნეონის მაგნიუმთან,ჟანგბადის მაგნიუმთან, სილიციუმის გოგირდთან და ბოლოს ჩამოყალიბდება რკინის ბირთვი. რკინა არის ყველაზე სტაბილური ელემენტი და მისი უფრო მძიმე ნივთიერებასთან შერწყმის დროს ენერგია არ გამოიყოფა, პირიქით შთაინთქმება. ამ დროს ვარსკვლავს სრულად გამოელევა საწვავი და იწყება რკინის ბირთვის ბირთვულ სიმკვრივამდე შეკუმშვა, ამაზე მეტად შეკუმშვა შეუძლებელია. შემდეგ ვარსკვლავი ფეთქდება და წარმოიქმნება ზეახალი აფეთქება (Supernova explosion), რასაც თან მოსდევს მაღალი ენერგიის მქონე დიდი რაოდენობის ნეიტრინოების გამოსხივება.


აფეთქების შემდეგ გაფანტული რკინა ეჯახება და უერთდება სხვა ელემენტებს, ასე წარმოიქმნება მენდელეევის ტაბულაზე არსებული რკინაზე უფრო მძიმე ელემენტები. აფეთქების შემდეგ ასევე რჩება გახურებული ნეიტრონული ბირთვი, რომლის შემდგომი ბედი დამოკიდებულია საწყისი ვარსკვლავის მასაზე. თუ საწყისი ვარსკვლავის მასა არის დაახლოებით 4-დან 10-მდე მზის მასის ტოლი, მაშინ ასეთი ვარსკვლავისგან დარჩენილი გახურებული ნეიტრონული ბირთვი გაცივდება და გახდება ნეიტრონული ვარსკვლავი.

  ნეიტრონული ვარსკვლავის დიამეტრი დაახლოებით 20კმ-ის ტოლია და მისი მასა უდრის დაახლოებით 1.4 მზის მასას, რაც ნიშნავს უზარმაზარ სიმკვრივეს. ნეიტრონული ვარსკვლავის ერთი ჩაის კოვზის ტოლი ნაჭერი იწონის მილიარდ ტონას და მისი მიზიდულობის ძალა 2x10¹¹-ჯერ დიდია დედამიწის მიზიდულობის ძალაზე. ასევე მას გააჩნია ძალზედ ძლიერი მაგნიტური ველი, რომელიც აჩქარებს ელექტრონებ, რის შედეგადაც ხდება გამოსხივება. ამ გამოსხივების მიმართულება ნეიტრონული ვარსკვლავის ბრუნვის გამო იცვლება, ამიტომაც დედამიწაზე მას აფიქსირებენ მოციმციმე ობიექტად და მას პულსარს უწოდებენ.

  თუ ვარსკვლავის მასა არის 10 მზის მასაზე დიდი და ასეთი ვარსკვლავისგან დარჩენილი ნეიტრონული ბირთვი საკმარისად მძიმეა, მაშინ ის გადაიქცევა შავ ხვრელად, რომელიც შთანთქავს მის ირგვლივ მყოფ ყველა ობიექტს, მათ შორის სინათლესაც.
  ამრიგად, ვარსკვლავებს თავიანთი მასების მიხედვით აქვთ სამგვარი დასასრული: შავი ჯუჯა, ნეიტრონული ვარსკვლავი და შავი ხვრელი...
  ჩვენი სამყაროს ხილული მატერიის თითქმის 72 %-ს წყალბადი შეადგენს, დაახლოებით 27 %-ს ჰელიუმი, ხოლო მენდელეევის ტაბულის ყველა დანარჩენი ელემენტის წვლილი 1 %-ზე ნაკლებია და ისინი შეიქმნენ, როგორც ზემოთ უკვე ავღნიშნე, სწორედ დიდი მასის მქონე ვარსკვლავების ბირთვებში და ზეახალი აფეთქებებისგან (Supernova explosion). ე.ი ჩვენს პლანეტაზე მძიმე ელემანტების არსებობა, რომლებისგანაც ჩვენ შევდგებით, მთლიანად დამსახურებაა დიდი მასის ვარსკვლავების და ზეახალი აფეთქებების, ანუ შეიძლება ითქვას, რომ ჩვენ აწ უკვე გამქრალი ვარსკვლავების შვილები ვართ. ამ ვარსკვლავების დაბადება და სიკვდილი კი სამყაროში არსებული ოთხი სახის ურთიერთქმედებიდან ერთ-ერთის, გრავიტაციული ურთიერთქმედების დამსახურებაა.