بزرگ‌ترین ستاره در جهان کدام است؟

زومیت: بزرگ‌ترین ستاره شناخته‌شده تاکنون، جرمی معادل ۲۹۰ برابر خورشید دارد و در کهکشان معروف به ابر ماژلانی بزرگ قرار گرفته است.

این تصور رایج که خورشید از نظر جرم، ستاره‌ای معمولی به حساب می‌آید، نادرست است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که از نظر جرم، خورشید در رده‌ی ۹۰ درصد بالایی ستارگان قرار می‌گیرد؛ درواقع اگر تمام ستاره‌های جهان را بر اساس جرم مرتب کنیم، خورشید جزو ۱۰ درصد سنگین‌ترها محسوب می‌شود.

درواقع، بیش از نیمی از ستارگان جهان را کوتوله‌های سرخ تشکیل می‌دهند؛ ستاره‌های کوچک و کم‌نور با جرمی کمتر یا مساوی نصف جرم خورشید. برای اینکه جسمی بتواند به عنوان ستاره شناخته شود، باید حداقل ۷ تا ۸ درصد جرم خورشید را داشته باشد؛ زیرا جرم کمتر از این مقدار، فشار کافی برای آغاز و تداوم واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در هسته را فراهم نمی‌کند.

اما در طرف دیگر ستارگانی بسیار بزرگ‌تر از خورشید هم وجود دارند. بنابراین، آیا محدودیتی برای جرم یک ستاره وجود دارد؟ بله، وجود دارد و ما برخی از ستارگان را می‌بینیم که به به حد نهایی جرم یک ستاره نزدیک می‌شوند. بااین‌حال، اگر خیلی به این مرز نزدیک شوند، انرژی زیادی تولید می‌کنند که باعث متلاشی شدن آن‌ها می‌شود.

توجه به این نکته ضروری است که به دلیل تحولات کیهانی در فراوانی عناصر سنگین، محدوده جرم نهایی ستاره‌ها ثابت نیست و در طول زمان تغییر کرده است. در جهان اولیه، ستارگان عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند. بااین‌حال، ستاره‌های پرجرم‌تر، عناصر سنگین‌تری را تولید می‌کردند و پس از پایان عمر خود، آن‌ها را به فضا می‌پراکندند. وجود این عناصر سنگین در لایه‌های بیرونی ستارگان، باعث افزایش اتلاف گرما می‌شود و در نتیجه، امکان دستیابی به جرم بسیار زیاد برای ستاره‌ها را محدود می‌کند. بنابراین، حد نهایی جرم ستاره‌ای پارامتری نسبی است که تحت تأثیر زمان و میزان فراوانی عناصر سنگین قرار دارد.

اما چرا اهمیت جرم در بررسی ویژگی‌های ستارگان از اندازه یا وزن آن‌ها بیشتر است؟ دلیل آن، دشواری تعیین مرز مشخص برای سطح ستارگان است؛ به‌ویژه ستاره‌های بزرگ که به دلیل ابعاد عظیم خود، به صورت تدریجی و با محو شدن چگالی در فواصل مختلف از مرکز، از نظر بزرگی تعریف دقیقی ندارند. این پدیده باعث می‌شود برآورد دقیق «اندازه» این اجرام آسمانی دشوار باشد و تمرکز بر جرم آن‌ها که یک پارامتر ثابت‌تر و قابل‌اندازه‌گیری‌تر است، ضروری به نظر برسد.

از سوی دیگر وزن یک جسم تنها معیاری ثانویه برای جرم آن محسوب می‌شود و نشان‌دهنده قدرت نیروی گرانش وارد بر آن جسم است؛ بدین معنا که جرم یک جسم در هر مکانی ثابت می‌ماند، اما وزن آن بسته به میزان گرانش محیط تغییر می‌کند.

تصویر مقاله، اندازه‌های نسبی ستارگان مختلف را نشان می‌دهد؛ از کوچک‌ترین ستاره‌های کوتوله سرخ با جرمی حدود یک‌دهم جرم خورشید، تا ستاره‌های کوتوله زرد کم‌جرم مانند خورشید ما، سپس ستاره‌های کوتوله آبی پرجرم که ۸ برابر خورشید ما جرم دارند و در نهایت بزرگ‌ترین و درخشان‌ترین ستاره شناخته شده، ستاره‌ای با جرمی ۲۹۱ برابر جرم خورشید به نام R136a1.

جرم از اهمیت بسزایی برخوردار است؛ زیرا تعیین‌کننده تعادل ظریفی است که بین نیروی گرانشِ رو به داخل و فشار ناشی از نور ساطع شده از هسته ستاره برقرار می‌شود. نیروی گرانش به‌طور مستقیم با جرم ستاره مرتبط است، اما میزان انرژی تولیدی در هسته نیز به جرم آن وابسته است. هرچه جرم ستاره بیشتر باشد، فشار بیشتری در مرکز آن ایجاد می‌شود و دمای هسته افزایش می‌یابد.

درخشش ستاره از همجوشی هسته‌ای و به‌طور خاص، فشردن اتم‌های هیدروژن به اندازه کافی برای ایجاد هلیوم (اگرچه فرآیند واقعی کمی پیچیده‌تر است) می‌آید. این انرژی عمدتاً به شکل پرتوهای گاما آزاد می‌شود که توسط مواد اطراف جذب می‌شود و ستاره را گرم می‌کند. میزان همجوشی به دمای هسته ستاره و در نهایت به جرم آن بستگی دارد. در واقع، میزان همجوشی به شدت به دمای هسته وابسته است: در ستاره‌ای نظیر خورشید، نرخ همجوشی هسته‌ای به توان چهارم دما وابسته است؛ بدین معنا که تغییرات اندک در دمای هسته، تأثیر چشمگیری بر سرعت تولید انرژی در آن خواهد داشت.

ستاره‌های پرجرم‌تر از فرآیندهای همجوشی هسته‌ای متفاوتی بهره می‌برند که وابستگی بسیار بالایی به دما دارند؛ به‌طوری که نرخ همجوشی متناسب با توان بیستم دما تغییر می‌کند؛ یعنی تغییرات کوچک در دمای هسته ستاره‌های پرجرم، تأثیر قابل‌توجهی بر میزان تولید انرژی آن‌ها خواهد داشت. این پیوند آنقدر قوی است که دو برابر شدن دما در هسته یک ستاره پرجرم، میزان تولید انرژی را به میزان یک میلیون برابر افزایش می‌دهد.

شاید اکنون متوجه شوید که چرا ستاره‌ها می‌توانند تا حدی بزرگ شوند. اگر جرم زیادی اضافه کنید، گرانش ستاره تقویت می‌شود، فشار در هسته افزایش می‌یابد، دما بالا می‌رود و سپس میزان همجوشی به طور سرسام‌آوری افزایش می‌یابد. اگر انرژی بیش از حد به لایه‌های بالایی ستاره تزریق شود، نه تنها منبسط می‌شوند؛ بلکه مواد را نیز به فضا پرتاب می‌کنند و در نتیجه جرم خود را از دست می‌دهند. این رویدادها حلقه بازخورد منفی ایجاد می‌کند که محدودیت جرمی ستاره‌ها را تعیین می‌کند.

حد نظری جرم ستاره‌ای به عوامل دیگری نیز بستگی دارد، اما احتمالاً حدود ۳۰۰ برابر جرم خورشید است. ستاره‌های تا این اندازه پرجرم بسیار نادر هستند و فقط چند ستاره با جرمی بیش از ۲۰۰ برابر جرم خورشید شناخته شده‌اند. بزرگ‌ترین ستاره‌ای که می‌شناسیم R136a1 است که در کهکشان «ابر ماژلانی بزرگ» قرار دارد و به عنوان نزدیک‌ترین همسایه کهکشان راه شیری، حدود ۱۶۰هزار سال نوری با ما فاصله دارد. این ستاره هفت میلیون برابر بیشتر از خورشید انرژی ساطع می‌کند.

ستاره R136a1 بخشی از خوشه‌ی ستاره‌ای R136 است که هنگام کشف اولیه تصور می‌شد ستاره‌ای منفرد است. اما R136 آنقدر درخشان است که برای داشتن این حجم از روشنایی به هزاران برابر جرم خورشید نیاز دارد و درنهایت، مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل تأیید کرد که خوشه‌ای کوچک از ستارگان است. بااین‌حال، درخشان‌ترین عضو این خوشه ستاره‌ای، یعنی R136a1 همچنان در حد یک ابرهیولا است: تخمین زده می‌شود جرمی حدود ۲۹۰ برابر جرم خورشید داشته باشد؛ نزدیک به حد نظری. احتمالاً فقط یک میلیون سال سن دارد و تقریباً دو میلیون سال دیگر به عنوان ابرنواختر منفجر خواهد شد.

عامل دیگری که بر میزان جرمی که یک ستاره می‌تواند به دست آورد تأثیر می‌گذارد، فراوانی عناصر سنگین در لایه‌های بیرونی آن است. بسیاری از این عناصر در جذب انرژی ورودی از داخل ستاره بسیار خوب عمل می‌کنند و باعث گرم‌تر شدن ستاره می‌شوند. اگر ستاره خیلی داغ شود، لایه‌های بیرونی آن پراکنده می‌شوند.

با‌این‌حال، در جهان اولیه، ماده کیهانی تقریباً به طور کامل از هیدروژن و هلیوم (همراه با مقداری عناصر سنگین‌تر مانند لیتیوم) تشکیل شده بود. ستارگان پرجرم درنهایت عناصر شیمیایی سنگین‌تر را تولید می‌کنند؛ آن‌ها ابتدا این عناصر را از طریق فرآیندهای همجوشی هسته‌ای در داخل هسته خود می‌سازند و سپس با وقوع انفجار ابرنواختر، آن عناصر را به فضا پراکنده می‌کنند و زمینه را برای شکل‌گیری نسل‌های بعدی ستاره‌ها فراهم می‌آورند.

امروزه عناصر سنگین نسبتاً رایج هستند، اما در زمان ظهور اولین نسل ستاره‌ها چنین نبود. به همین دلیل، آن ستارگان اولیه می‌توانستند بسیار پرجرم شوند: برخی مدل‌ها نشان می‌دهند آن‌ها احتمالاً هزاران برابر خورشید جرم داشتند! این ستاره‌ها همگی در مراحل اولیه شکل‌گیری جهان وجود داشته و به پایان عمر خود رسیده‌اند؛ نور آن‌ها پس از طی مسافت‌های بسیار طولانی به ما می‌رسد. به دلیل فاصله زیاد، حتی با وجود روشنایی ذاتی بالا، مشاهده این ستاره‌ها دشوار است و ممکن است کم‌نور به‌نظر بیایند. تاکنون هیچ ستاره‌ نسل اولی به‌طور قطعی شناسایی نشده است.