பிரபஞ்சத்தின் மகத்தான ஐம்பது புதிர்கள் ! பூர்வாங்க விண்மீன்களின் புதிரான உருமாற்றங்கள் ! (கட்டுரை: 35)

This entry is part of 36 in the series 20080717_Issue

சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear) கனடா


காலவெளிக் கருங்கடலில்
கோலம் மாறும் விண்மீன்கள் !
விண்மீன் ஆயுள் விதி என்ன ?
விண்மீன் மாயும் கதி என்ன ?
பரிதிபோல் எரிசக்தி
எரியாத பளுவில்லாத
வியாழக் கோள் தோல்வி யுற்ற
விண்கோள் !
வளையல் அணிந்த சனிக்கோள்
சுயவொளி யிழந்த விண்கோள் !
நண்டு நிபுளா !
குண்டாய் வெடிக்கும் சூப்பர்நோவா !
நியூட்ரான் விண்மீன் !
கருங்குள்ளி ! பழுப்புக் குள்ளி ! செம்பூதம் !
பெரும்பூதம் ! வெண்குள்ளி !
கோடான கோடி
ஒளிமய மந்தைகளில்
சுற்றி வரும்
சுயவொளி விண்மீன்கள் இன்னும்
எத்தனை எத்தனை
வகையோ ?

Fig. 1
Protostar & Star Evolution

விண்வெளியில் ஒரு விண்மீன் கண்சிமிட்டுகிறது !

பிரபஞ்சத்தில் மண்டிக் கிடக்கும் அகில விண்மீன் மந்தைகளின் ஹைடிரஜன் வாயு (Interstellar Hydrogen Gas) சம அளவில் பரவி இருப்பதில்லை ! அப்படி இல்லாமல் வாயு ஈர்ப்பு விசையால் திரண்டு குவியல் குவியலாக அங்குமிங்கும் சிதறிக் கிடக்கின்றது. இந்தக் குவியல்கள் அனைத்தும் புதிய விண்மீன்களை உற்பத்தி செய்யும் “மூலக்கூறு முகில் தொட்டிலாக” (Cradle of Molecular Clouds) அமைகின்றன ! பல மில்லியன் ஆண்டுகள் கடந்து இதுவரை அறியாத புதிரான உந்துவிசை ஒன்று சிறு வாயுக் கொத்துகளாகப் (Clumps of Gas) பிளக்க வைத்து “பூர்வாங்க விண்மீன்” (Protostar) முகில் கருவிலிருந்து தோன்றுகிறது. பூர்வாங்க விண்மீன் என்பது சிசுவான விண்மீன் தவழும் பருவம். அப்போது குஞ்சு விண்மீனின் வெளிப்புற விசைகளுக்கும், உட்புற ஈர்ப்பு விசைக்கும் ஆற்றல் உண்டாகி நேர் விசைக்கும், எதிர் விசைக்கும் உடன்பாடாகிச் “சுயநிலைச் சமப்பாடு” (Hydrostatic Equillibium between Internal Gravity & External Force) மேவுகிறது !

Fig. 1A
What is the Star Sequence ?

அடர்த்தியாக வாயு முகிலும் தூசித் துகளும் அடுக்குகளாய்ப் போர்த்திக் கொண்டிருப்பதால் பூர்வாங்க விண்மீன்களைத் தொலைநோக்கிகள் மூலம் காண்பது மிகச் சிரமமானது. பூர்வாங்க விண்மீன்களின் ஆயுட்காலம் நூறாயிரம் முதல் ஒரு கோடி ஆண்டுகள் வரை நீடிக்கும் ! அந்த இடைவெளிக் காலத்தில் பூர்வாங்க விண்மீன் வெப்பத்தை உற்பத்தி செய்து, வாயு அழுத்தத்தை உண்டாக்கி வெகு விரைவாகச் சுழல்கின்றது ! அப்போது மேலும் அந்த முகில் சிதைவாகி மிகையான அளவு ஹைடிரஜன் வாயு பூர்வாங்க விண்மீன் கருவில் சேர்கிறது. அவ்விதம் அடுக்கடுக்காய் ஹைடிரஜன் வாயு படிந்து, கருவில் போதிய அளவு வாயு அழுத்தமும், உஷ்ணமும் உண்டாகி அணுப்பிணைவு சக்தி தூண்டப்பட்டு சுயவொளி வீசும் விண்மீன் பிறக்கிறது !

Fig. 1B
Crab Supernova

விண்மீனின் உட்கரு வாயு அழுத்தமும், உஷ்ணமும் பூரண நிலை அடையும் போது அணுப்பிணைவு வாயு இயக்கம் வினாடிக்கு மில்லியன் கணக்கில் நிகழ்ந்து ஹைடிரஜன் அணுக்கரு ஹீலியமாக மாறிப் பேரளவு சக்தி வெளியாகிறது. கனமான நிறையுள்ள விண்மீன் விரைவாக வாழ்ந்து இள வயதிலே மரிக்கிறது. குறைவான நிறையுள்ள விண்மீன் மெதுவாக எரிந்து நீண்ட காலம் வாழ்கிறது. விண்மீனின் திணிவு நிறை (Mass of the Star) அதன் ஆயுட் காலத்தை நிர்ணயம் செய்ய உதவுகிறது ! மிகக் குன்றிய நிறை உடைய விண்மீனின் உட்கரு உஷ்ணம் : 30,000 டிகிரி செல்ஸியஸ் இருக்கும். மிக்க நிறையுள்ள விண்மீனின் உட்கரு உஷ்ணம் 300,000 டிகிரி செல்ஸியஸ் இருக்கும். நமது சூரியனின் நிறை மிகக் குறைவானது. அதன் உட்கரு உஷ்ணம்: 60,000 டிகிரி செல்ஸியஸ். மிக்க உஷ்ணமான விண்மீன் நீல, வெண்மை நிறத்திலும், மிக்க குளிர்ந்து போன விண்மீன் செந்நிறத்திலும் தொலைநோக்கியில் காணப் படுகின்றன. சூரியனைப் போன்ற மித உஷ்ண விண்மீன்கள் மஞ்சள், ஆரஞ்சு நிறங்களில் தோன்றுகின்றன !

Fig. 1C
Pressure & Gravity of Gases
in the Star

பூர்வாங்க விண்மீன்களின் (Protostar) புதிரான பண்பாடுகள் !

அணுப்பிணைவு சக்தி துவங்குவதற்கு முன்பு ஈர்ப்பு அமுக்கம் உட்கரு முகிலை அழுத்துவதால் அது சுருங்கி அடர்த்தியாகிறது. ஆரம்ப காலங்களில் பூர்வாங்க விண்மீனின் விட்டம் பல பில்லியன் மைல் தூரம் நீண்டு விரிந்துள்ளது ! அணுப்பிணைவு இயக்கம் ஆரம்பமானதும் விண்மீன் மின்காந்தக் கதிர்களை (Electromagnetic Radiation) வெளியாக்கி ஈர்ப்பு விசைக்குச் சமமாக ஈடு கொடுத்து விரியத் தொடங்குகிறது. விண்மீனின் திணிவு நிறை (Mass) கனமானதும், ஈர்ப்பு விசை மிகையாகி மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு சமப்படுத்த இயலாமல் போய், திணிவு நிறை மேலும் சுருக்கம் அடைகிறது. அப்போது மேற்தளப் பரப்பு அதிகமாகி கதிர்வீச்சின் ஆற்றல் மிகையாகுகிறது. அவ்விதம் பல ஆண்டுக் காலங்கள் இரண்டு சக்திகளும் ஏறி-இறங்கிச் சமப்பாடு நேர்ந்து-கலைந்து மாறி மாறி மீள்கின்றன. இறுதியில் முடிவான சம நீடிப்பு உண்டாகி இரண்டு ஆற்றல்களும் உடன்பாடு கொள்கின்றன ! இந்த இறுதிச் சமப்பாடு நிலைக்கு “டிடௌரி நிலைப்பாடு ” (TTauri Phase) என்னும் பெயர் அளிக்கப் பட்டுள்ளது. விண்மீனின் ஒளிச்சக்தி வெளியேற்றம் நீண்டகாலம் ஏறி இறங்குவதால் அந்த நிலைப்பாடு இயக்கத்தைக் கருவிகளால் காண முடிகிறது !

Fig. 1D
Stellar Spectra & Elements

பழுப்புக் குள்ளி (Brown Dwarf) தோல்வியுற்ற பூர்வாங்க விண்மீன்கள் !

போதிய எரிவாயு நிறையும் அழுத்தமும் இல்லாத பூர்வாங்க விண்மீன்கள் அணுப்பிணைவைத் தூண்டும் உஷ்ணமற்றுப் போனதால் “தோல்வி விண்மீன்கள்” (Failed Stars) என்று அழைக்கப் படுகின்றன. அவை செந்நிறப் பழுப்பு வண்ணம் கொண்டிருப்பதால் “பழுப்புக் குள்ளி” (Brown Dwarf) என்னும் பெயரால் அழைக்கப் படுபவை. வியாழக் கோளை அவ்விதம் தோல்வியுற்ற ஓர் விண்மீனாகக் கருதலாம். பொதுவாக வியாழக் கோளின் நிறையைப் போல் 80 மடங்கு உச்ச நிறை வரம்புடைய பூர்வாங்க விண்மீன்கள் பழுப்புக் குள்ளி இனத்தைச் சேர்ந்தவை ! அணுப்பிணைவு சக்தி தூண்டப் படுவதற்கு முன்பு விண்மீன்கள் எந்த விதக் கதிர்வீச்சும் வெளியேற்றுவதில்லை ! ஆனால் அந்த நிலைக்கு வருவதற்கு முன்பு அவை “உட்சிவப்புக் கதிர்வீச்சை” (Infrared Radiation) உமிழ்கின்றன. வானியல் விஞ்ஞானிகள் உட்சிவப்புக் கதிர்வீச்சைத் தொலைநோக்கிக் கருவிகள் மூலம் காண முடிவதால் பழுப்புக் குள்ளிகளைக் கண்டு பிடிக்க முடிகிறது ! முதல் பழுப்புக் குள்ளி (Brown Dwarf 229B) 1995 ஆம் ஆண்டில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிறகு, மேலும் பல பழுப்புக் குள்ளிகள் காணப் பட்டுள்ளன.


Fig. 1E
The Dying Star

செம்பூதம் (Redgiant) மரித்துப் போகும் விண்மீன்கள் !

ஹைடிரஜன் எரிசக்தி குறைந்து அணுப்பிணைவு இயக்கம் நிற்கும் போது விண்மீன் மரிப்பதற்குரிய தருணத்தை எட்டி விட்டது என்று கூறலாம். புறவிசைக்கும் உள்ளிழுக்கும் ஈர்ப்பு விசைக்கும் சமப்பாடு நிலைப் போராட்டம் தவறிப் போகிறது. அப்போது ஈர்ப்பாற்றல் உட்கருவை இன்னும் அழுத்தி விண்மீன் சுருங்குகிறது ! அந்தக் கொந்தளிப்பால் எழும் உஷ்ணம் எஞ்சியுள்ள ஹைடிரஜனைச் சூடாக்கி அணுப்பிணைவை மீண்டும் தூண்டுகிறது ! அப்போது விண்மீன் விரிய ஆரம்பித்து பெரும்பூதமாக (Supergiant) மாறுகிறது ! அதன் மேற்தளம் விரிவடைந்து குளிர்ந்து போவதால் விண்மீன் செந்நிறம் அடைந்து செம்பூதமாகக் (Red Giant) காட்சி அளிக்கிறது ! செம்பூதத்தின் உட்கரு உஷ்ணம் 100 மில்லியன் டிகிரி கெல்வின் அளவையும் கடந்திருப்பது ! அந்த அசுர உஷ்ணத்தில் ஹீலியம் வாயு அணுப்பிணைவு இயக்கத்தில் எரிந்து கார்பன், ஆக்ஸிஜனாக மூலக மாற்றம் நிகழ்கிறது ! நமது சூரியனும் இன்னும் 5 பில்லியன் ஆண்டுகள் கடந்து ஒர் செம்பூதமாக மாறும் என்று சொல்லப் படுகிறது !

Fig. 2
Star Evolution

ஹெர்செல் கண்ட அண்டக்கோள் நிபுளா (Planetary Nebula)

வானியல் விஞ்ஞானி வில்லியம் ஹெர்செல் (William Herschel) கொடுத்த குழப்பமான தலைப்பிது ! நிபுளாவானது அண்டக்கோள் தட்டுபோல் இருப்பதாகக் கருதித் தவறாக அளித்த பெயரிது ! மெய்யாக நிபுளா மரிக்கும் விண்மீன் வகையைச் சேர்ந்த ஒன்றே ! எரிவாயு குன்றி அணுப்பிணைவு இயக்கம் நின்று ஹீலியம் எரிந்து கார்பன், ஆக்ஸிஜன் உற்பத்தி செய்யாத ஒரு விண்மீனாக நிபுளா கருதப் படுவது. இவ்வகை விண்மீன்கள் சக்தியை வெளியேற்ற இயலாது, மிஞ்சிய பிண்டத்தையும், கதிர்வீச்சையும் விண்வெளியில் தள்ளுகிறது ! அந்த நிகழ்ச்சியை அதன் மின்காந்த ஒளிப்பட்டையில் (Elecromagnetic Spectrum) காண முடிகிறது. மேலும் அவற்றிலிருந்து எழும் எக்ஸ்-ரே கதிர்கள், காமாக் கதிர்கள், உட்தளச் சிவப்பு, புறவூதாக் கதிர்வீச்சுகளை பூமியில் இருக்கும் கருவிகளின் உதவியால் காண முடிகிறது.

Fig. 3
Star Explosion

தளர்ச்சி அடையும் வெண்குள்ளி (White Dwarf) விண்மீன்கள் !

விண்மீன் தளர்ச்சி அடைந்து எரிசக்தி இல்லாது பிண்டம் எறியப்பட்ட பிறகு அதன் உட்கருவில் எஞ்சி இருப்பது கார்பன், ஆக்ஸிஜன் மூலகங்களே. அப்போது உட்கரு ஈர்ப்பாற்றலில் சுருங்கிப் போய் விடுகிறது. இறுதியில் உட்கருச் சுருக்கம் நின்று அணுக்கள் நசுக்கப்பட்டு எலெக்டிரான், அணுக்கரு வெளியேற்றப் படுகின்றன ! அந்தப் பூர்வ விண்மீன்களை (Relic Stars) “வெண்குள்ளி” (White Dwarf) என்று வானியல் விஞ்ஞானிகள் குறிப்பிடுகிறார். வெண்குள்ளிகள் சிறுத்திருந்தாலும் நிறை அடர்த்தியாகிப் பளுவானவை. மிஞ்சி இருக்கும் வெப்பமும் சக்தியும் வற்றி வெண்குள்ளி செந்நிறம் பெற்றுப் பிறகு அதுவும் மறைகிறது ! அப்போது அவை கருவிகளால் நோக்கப் படாமல் காணாமல் போகின்றன ! அப்படி மறைந்து போக பில்லியன் ஆண்டுகள் ஆகலாம் !

Fig. 4
White Dwarf

விண்வெளியில் வெடிக்கும் சூப்பர்நோவாக்கள் (Supernova) !

நோவாவை (Nova) விடப் பேரளவில் ஒளிவீசி விண்வெளியில் தீவிரமாய் வெடிப்பவை சூப்பர்நோவாக்கள் ! ஆதலால் அவற்றைப் பூமியிலிருந்து தொலைநோக்கிகள் மூலமாக நோக்குவது எளிதாக உள்ளது ! மாதிரி 1 & மாதிரி 2 என்னும் இரண்டு வகையில் சூப்பர்நோவாக்கள் குறிப்பிடப் படுகின்றன ! மாதிரி 1 சூப்பர்நோவா சாதாரண நோவாவுக்கு நேரும் நிகழ்ச்சியில் எழுகிறது. வெண்குள்ளி ஒன்று இரட்டை விண்மீனைச் (Binary Star) விண்வெளி வீதியில் சுற்றி வருவது. வெண்குள்ளியின் ஈர்ப்பு விசை துணை விண்மீனின் ஹைடிரஜன் வாயுவை இழுத்து விண்மீன் முதுகுடன் சேர்த்து விடுகிறது. புதிய அந்த ஹைடிரஜன் விரைவில் அணுப்பிணைவு இயக்கத்தில் சிக்கிப் பேரளவு ஒளியை உண்டாக்குகிறது. பிறகு எரிசக்தி தீய்ந்து ஒளி குன்றி விண்மீனில் மீண்டும் புதியதாய் ஹைடிரஜன் சேர்ந்து பேரொளி எழுகிறது ! திரும்பத் திரும்ப ஒளிவீச்சும், ஒளிமுடக்கமும் அடுத்தடுத்து நிகழ்கின்றன ! ஆயினும் வெண்குள்ளி மேற்கொள்ள முடியாத அளவில் துணை விண்மீனிலிருந்து ஹைடிரஜன் வாயுவைத்தான் எடுத்துக் கொண்டால், திடீரெனச் சிதைந்து சூப்பர்நோவாவாக வெடித்து விடுகிறது !

Fig. 5
Planetary Nebula

சில செந்நிறப் பூதமீன்களின் உஷ்ணம் மிகையாகி ஹீலியத்தை எரித்துக் கார்பன், ஆக்ஸிஜன் வாயுவை உற்பத்தி செய்து பிறகு பெரும் பூதங்களாகின்றன ! அந்த நிலையில் அவற்றின் உட்கரு உஷ்ணம் பல மடங்கி மிகையாகி கார்பன், ஆக்ஸிஜன் வாயுவும் எரிந்து நியானாகி (Neon), பிறகு மெக்னீஸியமாகி (Magnesium) பின்னர் சிலிகானாகி (Silicon) இறுதியில் இரும்பாகின்றன ! இரும்பு எரிந்து பிணைவதில்லை. பெரும்பூதத்தின் உட்கரு இரும்பான பிறகு பிணைவு இயக்கம் நின்று விடுகிறது ! கனமான இரும்பு உட்கருவின் ஈர்ப்பு சக்தி அசுர அளவில் அதிகமாகிச் சிதைவடைந்து தீவிரமாக வெடிப்பு எழுகிறது ! இதுவே மாதிரி 2 சூப்பர்நோவா வெடிப்பாகக் குறிப்பிடப் படுகிறது ! அப்போது அந்த விண்மீனில் உள்ள அனைத்து மூலகங்களும் (கார்பன், ஆக்ஸிஜன், நியான், மெக்னீஸியம், சிலிகான், இரும்பு) அதிர்ச்சி அலையுடன் விண்வெளியில் வீசி எறியப் படுகின்றன ! சூப்பர்நோவா வெடிப்பில் உண்டாகும் அசுர உஷ்ணத்தில் இரும்பும் எரிந்து பிணைந்து யுரேனியம், தோரியம் போன்ற கன மூலகங்கள் உற்பத்தியாகின்றன ! விஞ்ஞானிகள் பேரளவு ஒளிவீசும் விண்மீன் ஒன்று கார்பன் உற்பத்தி செய்து வரும் போது, அது 1000 ஆண்டுகளுக்குள் சூப்பர்நோவாவாக மாறி வெடிக்கும் என்று நம்புகிறார்கள் !

Fig. 6
Neutron Star

இறுதியில் முடத்துவ சமாதி நிலை அடையும் நியூட்ரான் விண்மீன் !

சூப்பர்நோவா வெடிப்புக்குப் பிறகு விண்மீன் உட்கரு மட்டுமே மிஞ்சுகிறது. உட்கருவின் திணிவு எஞ்சிய பிண்டத்தின் நிறைவைப் பொருத்தது. நமது பரிதியைப் போல் (1.4 – 3) மடங்கு நிறையுள்ள உட்கரு இறுதியில் நியூட்ரான் விண்மீன்களாய் உருமாறுகின்றன ! அந்த அளவீட்டு நீட்சி சந்திரசேகர் வரம்பு (Chandrasekhar Limit) என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்திய அமெரிக்க விஞ்ஞானியும், இந்திய விஞ்ஞானி சி.வி. இராமனின் மருமகனான (Nephew) சுப்ரமணியன் சந்திரசேகர் 1930 இல் கணித்த இலக்கம் விண்மீன் நிறை வரம்புகள் அவை. எலக்டிரான் விலக்கு விசை இருப்பதால் மேலும் வெண்குள்ளியின் உட்கரு சிதைவடையாது ! ஆயினும் விண்மீன் ஒன்று நமது பரிதியை விட 1.4 மடங்குக்கு மேல் பெரிதானால் ஈர்ப்பு விசை அதற்கு ஈடு கொடுத்துத் தடையீட்டை மீறும் ! எதிர் மின்னூட்டமுள்ள எலெக்டிரான்கள் (Negatively Charged Electrons) அணுக்கருவினுள் புகுந்து நேர் மின்னூட்டமுள்ள புரோட்டான்களுடன் (Positively Charged Protons) சேர்ந்து நியூட்ரான்கள் (Neutrally Charged Neutrons) கொண்ட உட்கருவாக மாற்றுகின்றன. உட்கரு போதிய ஈர்ப்பு விசை இல்லாது இனிமேலும் சிதைவதில்லை. நியூட்ரான் விண்மீன் மிகவும் சிறியது (20 கி.மீ/12 மைல் விட்டம்). ஆனால் நியூட்ரான் விண்மீனின் நிறை அசுர அளவில் நமது பரியைப் போல் 1.4 மடங்கு ! பிரபஞ்சத்தில் புதிரான இந்த நியூட்ரான் விண்மீன் குள்ளியைப் போல் உருவம் சிறுத்து அசுர நிறை கொண்ட விண்மீன் எதுவும் இருப்பதாகத் தெரியவில்லை !

Fig. 7
Type-1 Supernova

(தொடரும்)

++++++++++++++++++++++++++

தகவல்:

Picture Credits: NASA, JPL; National Geographic; Time Magazine, Astronomy Magazine.

1. Our Universe – National Geographic Picture Atlas By: Roy A. Gallant (1986)
2. 50 Greatest Mysteries of the Universe – How Do Massive Stars Explode ? (Aug 21, 2007)
3. Astronomy Facts File Dictionary (1986)
4. The Practical Astronomer By Brian Jones & Stephen Edberg (1990)
5. Sky & Telescope – Why Did Venus Lose Water ? [April 2008]
6. Cosmos By Carl Sagan (1980)
7. Dictionary of Science – Webster’s New world [1998]
8. The Universe Story By : Brian Swimme & Thomas Berry (1992)
9. Atlas of the Skies – An Astronomy Reference Book (2005)
10 Hyperspace By : Michio kaku (1994)
11 Universe Sixth Edition By: Roger Freedman & William Kaufmann III (2002)
12 Physics for the Rest of Us By : Roger Jones (1992)
13 National Geographic – Frontiers of Scince – The Family of the Sun (1982)
14 National Geographic – Living with a Stormy Star – The Sun (July 2004)
15 The World Book of Atlas : Anatomy of Earth & Atmosphere (1984)
16 Earth Science & Environment By : Dr. Graham Thompson & Dr. Jonathan Turk (1993)
17 The Geographical Atlas of the World, University of London (1993).
18 Hutchinson Encyclopedia of Earth Edited By : Peter Smith (1985)
19 Scientific American – When Stars Collide By: (Nov 2002)
20 Astronomy Magazine – What Makes Stars Explode ? By Francis Reddy (March 2007)
21 The Cosmic Star Formation History (www.mpa-garching.mpg.de/HIGHLIGHT/2002/)
22 Astronomy Magazine – What Secrets Lurk in the Brightest Galaxiex ? By Bruce Dorminey (March 2007)
23 Astronomy Magazine – Cosmos – New Insights from Ancient Stars By: Steven Nadis (Jan 2007)
24 Science Daily – Early Star Formationin The Universe Illuminated (Sep 18, 2007)
25 Discover Magazine – Unseen Universe (Jan 31, 2007)
26 Scientific American – The Secret Lives of Stars (Number 4 Issue 2004)
27 Cosmos – In Search of the First Stars By : Ray Jayawardhana (Jan 31, 2007)
28 Astronomy Magazine – Extreme Stars By: Tod E. Strohmayer (March 2007)
29 A Pocket Guide to the Stars & Planets By: Duncan John (2006)

******************
jayabarat@tnt21.com [July 17, 2008]

Series Navigation

சி. ஜெயபாரதன், கனடா