قوانین گازها و ستارگان
با مطالعه و پژوهش در قوانین حاکم بر گازها می توان درک بهتر و وسیعتری نسبت به ساختار ابر سحابی ها و ستارگان و تحولات آنها داشت چرا که در تمام کائنات این تحولات هستند که باعث تشکیل ستارگان می شوند و سحابیها را به زایشگاه های کیهانی بدل کرده اند .
در این نوشتار سعی بر آن خواهد شد تا قوانین حاکم بر گازها را در شرایط مختلف ترمودینامیکی مورد بررسی قرار داده و با زبانی ساده به چگونگی تاثیر آن در ستارگان پرداخته خواهد شد .
در ابتدا لازم است برای فهم بهتر مثال سیلندر وپیستون را در ذیل بیاوریم :
اگر سیلندری داشته باشیم که درون آن پر از گاز باشد و پیستون هم در بالای گازها و در قطر داخلی سیلندر قرار داشته باشد. حرارت گاز درون سیلندر به حرکت مولکولهای گاز وابسته است به آن معنی که اگر حرکت مولکولها زیاد(سریع) باشد گاز گرم ولی اگر حرکت مولکولها کند باشد گاز بطبع سرد خواهد بود .
از این پس گاز با شرایط بالا را در فرایندهای ترمودینامیکی مختلف بررسی می کنیم .
فرایند دما ثابت (ISO THERM) : اگر پیستون را به طرف پایین فشار دهیم حجم درون سیلندر کم می شود‚ ولی دما را ثابت نگه می داریم در این حال فشار افزایش می یابد چرا که با کاهش حجم فاصله بین مولکولها(فاصله آزاد) کم شده و برخورد بین مولکولی در حرکت مولکولها بیشتر شده و این امر افزایش فشار را باعث می شود که اگر فشارسنجی بر روی سیلندر نصب باشد صدق این مسئله را تایید می کند .
ثابت P1.V1 = P2 .V2 T = C
فرایند حجم ثابت (ISO VOLUME) : در این فرایند اگر حجم را ثابت نگه داشته یعنی پیستون را به بالا یا پایین حرکت ندهیم در اثر افزایش دما (دما در این فرایند متغیر است) باز هم سرعت مولکولها و بطبع برخورد های مولکولی بیشتر می شود که این امر نتیجه ای جز افزایش فشار را در بر ندارد و می توان توسط یک فشار سنج راستی پروسه را مشاهده کرد .
ثابت P1/P2 = T1/T2 V = C
( لازم به ذکر است علامت / در فرمول بالا نشان دهنده کسر است )
فرایند فشار ثابت (ISO BAR) : در این فرایند می توان یک سیلندر و پیستون را در نظر گرفت که در داخل سیلندر و در زیر پیستون مقداری گاز موجود است و بر روی پیستون مقداری وزنه قرار گرفته که در حالت اولیه بین وزن پیستون و وزنه های موجود بر روی پیستون و نیروی فشاری ناشی از وجود گاز در زیر پیستون تعادل برقرار است حال اگر به طور آهسته و با کندی حساب شده به گاز موجود درون سیلندر گرما دهیم و همچنین اجازه دهیم که پیستون آزادانه در سیلندر حرکت داشته باشد با گرماگیری گاز ‚ تمایل به افزایش فشار‚ در درون گاز افزایش می یابد ولی با تغییر مکان پیستون به سمت بالا و افزایش حجم گاز درون سیلندر‚ فشار ثابت خواهد ماند که به این تحول که تولید کننده کار نیز هست تحول فشار ثابت می گویند .
ثابت V1/V2 = T1/T2 P = C
(لازم به ذکر است علامت / در فرمول بالا نشان دهنده کسر است )
لازم به ذکر است در این تحول به دلیل اینکه دائما" حجم در حال افزایش است دما در ابتدای انبساط افزایش می یابد که خود عاملی برای انبساط است ولی در حین انبساط عمل افزایش حجم خود باعث کاهش دما خواهد شد .
وقتي ذخيره هيدروژني ستاره كم شود ستاره انرژي كمتري نسبت به قبل توليد ميكند و ديگر نمي تواند در برابر نيروي گرانش مقاومت كند. نيروي گرانش كه حال خود به عنوان منبع انرژي جديدي است باعث انقباض ستاره شده و جحم ستاره كاهش پيدا مي كند (طبق قانون گازها) و ذرات به هم نزديك تر شده و برخورد بيشتري باهم خواهند داشت كه بر اثر همين مسئله هسته ستاره دوباره داغ شده و دما در ناحيه بيروني هسته به اندازه اي مي رسد كه دوباره هيدروژن به هليوم تبديل شود . اين قضيه پيامدهايي دارد و آن اينست كه لايه هاي بيروني ستاره منبسط شده و ستاره را به نسبت جرمي كه دارد به غول يا ابر غول تبديل ميكند كه دماي سطحي آن نيز كم و در حدود 3000 درجه كلوين است حال سوال ديگري كه مطرح مي شود اينست كه چرا دماي سطحي اينگونه ستارگان كم مي شود و در پاسخ بايد گفت : اگر ستاره اي بسيار داغ باشد بطبع و طبق قانون حاکم بر گازها منبسط خواهد شد که بر اثر اين انبساط و افزايش حجم در آن ستاره يک اثر سردي به وجود مي آيد که اين سردي باعث کاهش داغي ستاره شده که خود مي تواند به کاهش مصرف سوخت در درون ستاره بيانجامد .
ما می دانیم یک ابر سحابی( گازی ) که بر اثر نیروی گرانش متراکم می شود گرم هم می شود چرا که مقداری از انرژی پتانسیل درون خود را به انرژی جنبشی تبدیل کرده و این تبدیل انرژی باعث ازدیاد سرعت حرکتی مولکولهای ابر سحابی شده و تولید گرما می کند . دراین لحظه اگر جرم سحابی متراکم شده در حد معینی باشد که بتواند فشاری تولید کند که درخور و شایسته یک پیش ستاره و بعدها یک ستاره باشد کوره هسته ای در قلب سحابی متراکم شده که بعدها قلب یک ستاره خواهد بود روشن می شود و ترکیبات هسته ای در آن آغاز می شود که نتیجه آن تولید انرژی در گستره ای وسیع است.
ابرهای سحابی دارای چگالی برابر با0/1 تا 10 اتم در سانتی متر مکعب هستند و دمای آنها به طور متوسط حدود 170 درجه سانتیگراد است و با این شرایط و با حرکت سریع و سرگردانی که اتمها بعضا" دارند بعید به نظر می رسد که نیروی گرانش بتواند بر آنها اثر کرده و آنها را در کنار هم جمع کرده و تشکیل یک ناحیه چگال و متراکم دهد . پس باید درابر سحابی ها به دنبال مکانهایی با تراکم بیشتر (چگالی) بیشتر و دمای کمتر (سردتر) و همچنین نواحی تاریک بود چرا که در این مکانها اجتماع اتمها در هر سانتی متر بیشتر بوده و از طرفی حرکت اتمها به خاطر کمبود انرژی جنبشی نیز کند و کم است و نیروی گرانش (GRAVITY) بهتر می تواند آنها را تحت سیطره خود درآورده و تشکیل یک (گلوبول) دهد .(گلوبول سحابی کوچک متراکم و تاریکی است که می تواند یک پیش ستاره را به وجود آورد). دمای این قسمت ها به کمی بالاتر از صفرمطلق می رسد و البته این را باید ذکر کرد که این نواحی به این علت تاریکند که مقداری گرد و غبار نیز در خود داشته و این گرد و غبار جلوی نور ستارگان پشت سر خود را گرفته و اجازه رسیدن نور آنها را به ما نمی دهند که به صورت نواحی تیره رنگ در تصاویر تهیه شده از سحابیها مشخص شده اند .
به نواحی تیره در تصویر بالا توجه کنید
در تشکیل یک ستاره عوامل متعددی وجود دارد که می تواند اختلالاتی در یک قسمت ابر سحابی به وجود آورده و آن را از دیگر قسمتها متمایز کند‚ یکی از این عوامل قرار گرفتن تحت تاثیر فشارهایی درونی است که قسمت متراکم را برای تشکیل یک پیش ستاره آماده میکند (که از طریق قانون گازها قابل توضیح است) که در بالا به آن اشاره شد و یکی از مهمترین علتها تحت تاثیر موج ضربه یک ابرنواختر قرار گرفتن است که باعث می شود جرم زیادی از گازها به یکباره در نقطه ای جمع شده و ناحیه ای متراکم را تشکیل دهد که با شرایط گفته شده در بالا می تواند به وجود آورنده یک پیش ستاره و در مرحله بعد یک ستاره باشد که قطر و جرم ستاره نیز به مقدار ماده تشکیل دهنده سحابی متراکم شده مربوط می شود .
