તારાઓનું જીવનચક્ર
અવકાશમાં રહેલાં હાઈડ્રોજન વાયુ અને ધૂળનાં મહાકાય વાદળો જ્યારે પોતાનાં જ ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે સંકોચાતા જાય છે ત્યારે સંકોચનની સાથે સાથે તેમનું તાપમાન ઉત્તરોત્તર વધતું જાય છે. એક સમયે આવાં કોઈ વાદળનાં કેન્દ્રિય ભાગનું તાપમાન એટલું બધું વધી જાય છે કે તેમાં રહેલાં હાઈડ્રોજનનાં પરમાણુઓ વચ્ચે ન્યુક્લિયર સંલયન પ્રક્રિયાઓ શરૂ થઈ જાય છે અને આ પ્રક્રિયાઓને લીધે પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઊર્જા અને પ્રકાશ ઉત્સર્જાવા લાગે છે. અને આની સાથે જ તારાનું જીવનચક્ર શરૂ થાય છે.
ગુરુત્વીય સંકોચન અનુભવતાં આણ્વિય વાદળનાં કુલ દળને આધારે આપણાં સૂર્યનાં દળનાં 0.08 ગણાં થી માંડીને 100 ગણાં દળ ધરાવતાં તારાઓનું નિર્માણ થાય છે. તારાઓ તેમનાં દળ, રંગ, તાપ માન, આયુષ્ય વગેરેને આધારે એકબીજાથી અલગ પડે છે.પરંતુ મૂળભૂત રીતે તો બધાં જ તારાઓ એક જેવાં જ હોય છે. આ હકિકતને રસેલ-વોગ પ્રમેય તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આમ, તારાઓ એ બીજું કંઈ નહિં પણ ધૂળ તથા વાયુનાં મહાકાય વાદળો છે. પરંતુ આ વાદળો પૃથ્વીનાં વાતાવરણમાં આવેલાં અને આપણે જોઈએ છીએ તે વાદળોથી જુદા પડે છે. વાતાવરણમાં આવેલા વાદળો પાણીની બાષ્પનાં બનેલાં હોય છે અને થોડાંક કલાકોમાં જ તે વિખેરાઈ જાય છે. જ્યારે તારાઓનું નિર્માણ કરતાં ધૂળ અને વાયુનાં વાદળો અમુક લાખ થી માંડીને અબજો વર્ષો સુધીનું આયુષ્ય ભોગવે છે જેનો આધાર આ વાદળોનાં દળ પર રહેલો છે.
અહિંયા એક વાત નોંધવા જેવી છે કે જે ધૂળ અને વાયુનાં વાદળમાંથી તારો બનવાનો છે તે ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે સતત સંકોચાતું જાય છે. જેમ દળ વધુ તેમ ગુરુત્વીય દાબ વધુ અને સંકોચનને કારણે ઉત્પન્ન થતું તાપમાન પણ વધુ.હવે જો આ સંકોચન પામતાં વાદળનું દળ પુરતું વધારે ન હોય તો તેનું સંકોચન થતાં તેનાં કેન્દ્રિય ભાગનું તાપમામ નાભિકિય સંલયન પ્રક્રિયાઓ શરૂ થઈ શકે તેટલું વધારે ન થઈ શકતુ હોવાથી તે વાદળ જ્યાં સુધી તેની બધી ઉષ્મા અને ઊર્જા અવકાશમાં વિખેરાઈ ન જાય ત્યાં સુધી સંકોચાતું જાય છે અને અંતે આ વાદળ એક બ્રાઉન ડ્વાર્ફ (રાતા વામન) માં ફેરવાઈ જાય છે. જ્યારે સંકોચન પામતા ધૂળ અને વાયુનાં વાદળનું દળ સૂર્યનાં દળનાં 0.08 ગણાં કરતાં ઓછું હોય ત્યારે તે બ્રાઉન ડ્વાર્ફમાં પરીણમે છે.
પરંતુ જો સંકોચન પામતાં વાદળનું દળ સૂર્યનાં દળનાં 0.08 ગણાં કરતાં વધુ હોય તો ગુરુત્વીય સંકોચનને કારણે તાપમાન સતત વધતાં-વધતાં એક સમયે તેનાં કેન્દ્રિયભાગમાં ન્યુક્લિયર સંલયન પ્રક્રિયાઓ શરૂ થઈ જાય છે. હવે આ ન્યુક્લિયર સંલયન પ્રક્રિયાઓને પરીણામે વિકિરણ અને ઊર્જા છુટા પડે છે.જે તારાના ગુરુત્વીય સંકોચનની વિરુધ્ધ દિશામાં દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે અને ગુરુત્વાકર્ષણ ને કારણે અંદરની તરફ ઉત્પન્ન થતા દબાણને સંતુલીત કરે છે. હવે આ સંતુલનને કારણે તારાનું વધુ સંકોચન થતું અટકે છે અને જ્યાં સુધી તારાનાં કેન્દ્રમાં આ પ્રક્રિયાઓ ચાલું રહે ત્યાં સુધી આ સંતુલન જળવાઈ રહે છે અને તારાનાં કદમાં કોઈ નોંધપાત્ર ફેરફાર થતો નથી.
આપણે જાણીએ છીએ કે બ્રહ્માંડમાં હાઈડ્રોજનનું પ્રમાણ 90% જેટલું છે તારાઓમાં પણ આ પ્રમાણ જળવાઈ રહે છે. તારાના કેન્દ્રીયભાગનું તાપમાન એટલુંતો ઊંચુ હોય છે કે હાઈડ્રોજન પરમાણું ની રચના કરતાં પ્રોટોન અને ઈલેક્ટ્રોન એકબીજાથી છુટાં પડી જાય છે. હવે હાઈડ્રોજન પરમાણુંનું ન્યુક્લિયસ કે જે માત્ર એક પ્રોટૉનનું બનેલું છે અને વધુમાં આપણે જાણીએ છીએ કે પ્રોટૉન ધન વિદ્યુતભાર ધરાવતો કણ છે. આવાં બે પ્રોટોન વચ્ચે હમેશા વિદ્યુતિય અપાકર્ષણ બળ પ્રવર્તે છે અને આ બળ પ્રોટોન જેવા વિદ્યુતભાર ધરાવતાં કણો જેમ જેમ એકબીજાની નજીક આવતાં જાય તેમ તેમ વધતું જાય છે. જો તેમની વચ્ચેનું અંતર અડધુ થાય તો આ બળ ચાર ગણું થઈ જાય છે. આમ, આ સતત પ્રવર્તતાં અપાકર્ષણબળને કારણે બે પ્રોટોન એકબીજાની કેટલી નજીક સુધી જઈ શકશે તેનો આધાર પ્રોટોનની ગતિઊર્જા પર રહેલો છે ઓછી ઊર્જા ધરાવતાં પ્રોટોન એકબીજાની વધુ નજીક જઈ શકતાં નથી પરંતુ જેમ જેમ સંકોચનને કારણે તાપમાન વધતું જાય છે તેમ તેમ પ્રોટોન વધુ ને વધુ ઝડપથી ગતિ કરે છે જેથી કરીને તેમની ગતિઊર્જા વધતાં તે એકબીજાની વધુ ને વધુ નજીક જઈ શકે છે હવે જ્યારે તાપમાન 100-150 લાખ કેલ્વિનની આસપાસ પહોંચે ત્યારે બે પ્રોટોન એકબીજાની એટલાં બધાં નજીક સુધી પહોંચી જાય છે કે તેમની વચ્ચે વિદ્યુત અપાકર્ષણ બળની ઉપરવટ જઇ શકે તેવું પ્રબળ ન્યુક્લિયર બળ કામ કરવા માડે છે જે ને કારણે બે પ્રોટોન એક બીજા સાથે સંયોજાય છે જેને કારણે તેમાંનો એક પ્રોટોન ન્યુટ્રોનમાં પરીવર્તીત થઈ જાય છે એક પોઝીટ્રોન(ઈલેક્ટ્રોનનો પ્રતિકણ જે દળ ઈલેક્ટ્રોન જેટલું જ પણ વિદ્યુતભાર ઈલેક્ટ્રોનથી વિજાતીય પ્રકારનો હોય છે) છુટો પડે છે અને ડ્યુટેરીયમનું ન્યુક્લિયસ પ્રાપ્ત થાય છે અને સાથે સાથે ઊર્જા ધરાવતાં ન્યુટ્રીનો કણનું ઉત્સર્જન થાય છે.
હવે આ પ્રક્રિયામાં પ્રાપ્ત થયેલો ડ્યુટેરીયમ બીજા એક પ્રોટોન સાથે પ્રક્રિયા કરી બે પ્રોટોન અને એક ન્યુટ્રોન ધરાવતું ન્યુક્લિયસ આપે છે. અને ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. આપણે જાણીએ છીએ કે બે પ્રોટોન ધરાવતો ન્યુક્લિસ હિલિયમનો ન્યુક્લિયસ કહેવાય. પરંતુ અહિં એકજ ન્યુટ્રોન હોવાથી આવા હિલિયમને હિલિયમ-3 નામ આપવામાં આવ્યું છે.જે હિલિયમનો સમસ્થાનિક છે. હવે બે હિલિયમ-3નાં ન્યુક્લિયસો વચ્ચે પ્રક્રિયા થાય છે અને બે પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોન ધરાવતું ન્યુક્લિયસ (હિલિયમ ન્યુક્લિયસ) બે પ્રોટોન અને બીજી ઊર્જા છુટી પડે છે. આ રીતે તારાના કેન્દ્રીય ભાગમાં સતત પ્રોટોન માંથી હિલિયમ બનવાની ક્રિયા ચાલે છે આ બધી પ્રક્રિયાઓ તારાનાં કેન્દ્રિય ભાગમાં 150 લાખ કેલ્વિન તાપમાને ચાલતી હોય છે.આ પ્રક્રિયા ને પ્રોટોન-પ્રોટોન સાયકલ ટુંકમાં p-p Cycle તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તારાનાં કેન્દ્રિયભાગમાં રહેલો બધો જ હાઈડ્રોજન હિલિયમમાં જ્યાં સુધી ફેરવાઈ ન જાય ત્યાં સુધી આ પ્રક્રિયા ચાલતી રહે છે. અને તારાનાં કેન્દ્રિય ભાગમાં વિકિરણ અને ઊર્જા ઉત્પન્ન થતાં રહે છે.તારાનાં કેન્દ્રિયભાગમાં હાઈડ્રોજનનો જથ્થો વપરાઈ ગયા બાદ આ પ્રક્રિયા હવે કેન્દ્રની ફરતે આવેલા હાઈડ્રોજન ધરાવતાં ગોળાકાર કવચ જેવાં વિસ્તારમાં શરૂ થાય છે.
આ ઉપરાંત પણ તારાઓમાં અમુક પ્રમાણમાં હાઈડ્રોજન માંથી હિલિયમ બનવાની પ્રક્રિયા એક બીજી રીતે પણ ચાલતી હોય છે આ પ્રક્રિયાને CNO સાયકલ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જેમાં હાઈડ્રોજન માંથી હિલિયમનાં રૂપાંતરની ક્રિયામાં કાર્બન-નાઈટ્રોજન અને ઓક્સિજન ઉદ્દિપક તરીકે કામ કરે છે.આ પ્રકારની પ્રક્રિયા મોટાભાગે બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિનાં ઘણાં સમય બાદ બીજી-ત્રીજી પેઢીમાં જન્મેલાં તારાઓમાં જોવા મળે છે.
વધુ દળદાર તારાઓનાં કેન્દ્રમાં ચાલતી નાભિકિય પ્રક્રિયાઓની ઝડપ વધુ હોવાથી આવા દળદાર તારાઓમાં હાઈડ્રોજનનાં હિલિયમમાં રૂપાંતરનો દર વધુ હોય છે. આથી તેમનું આયુષ્ય ટુંકુ હોય છે જે અમુક લાખ વર્ષો જેટલું હોય છે જ્યારે ઓછા દળ ધરાવતાં તારાઓની વાત કર્યે તો તેમાં હાઈડ્રોજન માંથી હિલિયમનાં રૂપાંતરની ક્રિયા ધીમી ઝડપે ચાલતી હોવાને કારણે આવા તારાઓ લાબું આયુષ્ય ભોગવે છે જે ક્યારેક અબજો વર્ષો જેટલું હોય છે.
આપણો સૂર્ય મધ્યમ દળ ધરાવતો પીળા રંગનો વામન તારો છે તેમાં દર સેકન્ડે 65.7 કરોડ ટન હાઈડ્રોજનનું 65.3 કરોડ ટન હિલિયમમાં રૂપાંતર થયા કરે છે અને જેત 40 લાખ ટન દળની ઘટ પડી તે આઈન્સ્ટાઈનના પ્રખ્યાત સમીકરણ અનુસાર ઊર્જારૂપે અવકાશમાં છુટું પડે છે.સૂર્ય આજે તેના હાઈડ્રોજનનાં કુલ જથ્થાનો ચાલીશેક ટકા જથ્થો વાપરી ચૂક્યો છે અને તેની હાલની ઉંમર આશરે સાડા ચાર અબજ વર્ષ છે અને હજી બીજા પાંચેક અબજ વર્ષ સુધી સૂર્યનાં કેન્દ્રમાં આ પ્રક્રિયા ચાલતી રહેશે આથી વૈજ્ઞાનિકો સૂર્યનું આયુષ્ય દસ અબજ વર્ષ જેટલું આંકે છે. જો તારાનું દળ સૂર્યનાં દળ કરતાં પંદર ગણું હોય તો તેવો તારાનું આયુષ્ય આશરે એક કરોડ વર્ષનું હોય છે.
જ્યારે તારાનાં કેન્દ્રિયભાગમાં રહેલાં હાઈડ્રોજનનાં સંપુર્ણ જથ્થાનું હિલિયમમાં રૂપાંતર થઈ જાય છે ત્યારે તારાનાં કેન્દ્રમાં ચાલતી ન્યુક્લિયર સંલયન પ્રક્રિયાઓ અટકી જાય છે જેને કારણે ગુરુત્વીય સંકોચનને સંતુલિત કરનાર બાહરની તરફનું દબાણ નબળું પડતાં ફરીથી તારાનું ગુરૂત્વીયસંકોચન થવા માંડે છે અને તાપમાન વધતું જાય છે.
જ્યારે તારાનાં કેન્દ્રિયભાગમાં રહેલો હાઈડ્રોજન હિલિયમમાં ફેરવાઈ જાય છે ત્યારે તારાનાં કેન્દ્રિયભાગમાં ચાલતી ન્યુક્લિયર સંલયન પ્રક્રિયાઓ બંધ પડે છે પરંતુ તારાની કેન્દ્રિય ભાગની ફરતે આવેલા તારાનાં સ્તરોમાં હજી પણ હાઈડ્રોજન રહેલો છે આથી આ વિસ્તારોઅમાં હાઈડ્રોજન માથી હિલિયમમાં રૂપાંતરની પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે.આ પરિસ્થિતિમાં તારાનાં કેન્દ્રિય ભાગમાં અગાઉની સરખામણીમાં વિકિરણ દાબમાં ઘટાડો થાય છે. અને ગુરુત્વીય દાબ વધતાં માત્ર હિલિયમ ધરાવતાં તારાનાં કેન્દ્રિય ભાગનું સંકોચન થવા માંડે છે અને તેનું તાપમાન પણ વધવા માંડે છે આ સંકોચન પામતાં કેન્દ્રિય ભાગની ઉષ્માનો થોડો ભાગ હાઈડ્રોજન ધરાવતાં તેની ઉપર આવેલા સ્તરોમાં પ્રસરણ પામે છે જેને કારણે બહારનાં સ્તરોનું વિસ્તરણ થતાં તેમનું કદ વધવા માંડે છે વધુમાં વિસ્તરણને કારણે તારાનાં બહારનાં આવરણનું તાપમાન ઘટે છે આ અવસ્થામાં તારાની તેજસ્વીતા ખૂબ વધી જાય છે અને તાપમાન ઘટતાં તેનો રંગ લાલાશ પડતો થઈ જાય છે. વિશાળ આકાર અને લાલ રંગને કારણે તારાની આ અવસ્થાને રેડ જાયન્ટ અવસ્થા કહે છે. રેડ જાયન્ટ અવસ્થામાં તારાની ત્રિજ્યા વધીને 15 થી 17 કરોડ કિલોમીટર સુધીની થઈ જાય છે.
રેડ જાયન્ટ અવસ્થામાં પણ તારાનાં ગર્ભનું સંકોચન ચાલું રહે છે. જ્યારે કેન્દ્રિયભાગનું તાપમાન 20 કરોડ કેલ્વિન જેટલું થઇ જાય ત્યારે એક બીજા પ્રકારની ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે. જેને ટ્રીપલ આલ્ફા ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયા કહે છે. જેમાં ત્રણ આલ્ફા કણો (હિલિયમનાં ન્યુક્લિયસ)નું સંલયન થઈ કાર્બનનાં ન્યુક્લિયસનું નિર્માણ થાય છે. આમ, તારાનાં કેન્દ્રિયભાગમાં ન્યુક્લિયર સંલયન દ્વારા કાર્બનનું પ્રમાણ વધતું જાય છે અને સાથે સાથે ઉપરનાં સ્તરોમાં હાઈડ્રોજનનું હિલિયમમાં રૂપાંતરણ પણ ચાલું રહે છે. જ્યારે આ પ્રક્રિયાઓ તારાના કેન્દ્રમાં ચાલુ થાય છે ત્યારે થોડાકજ સમયમાં કેન્દ્રનું હિલિયમ સંપૂર્ણપણે વપરાઈ જાય છે અને અપાર ઊર્જા ઉત્પન્ન થાય છે થોડા સમય માટે થતી આ ક્રિયાને હિલિયમ ફ્લેશ કહેવાય છે.હવે જ્યારે તારાના કેન્દ્રિયભાગમાં રહેલો હિલિયમનો જથ્થો કાર્બનમાં ફેરવાઈ જાય ત્યારબાદ ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ બંધ પડે છે ફરીથી ગુરુત્વીયસંકોચન શરૂ થાય છે અને ફરી તાપમાન વધતું જાય છે અને ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓની નવી શ્રેણી શરૂ થાય છે જેમાં કાર્બનનાં સંલયન દ્વારા ઓક્સિજનનું નિર્માણ થાય છે.ત્યારબાદ ઓક્સિજન માંથી નિઓન અને આમ આવી પ્રક્રિયાઓ ચાલતી રહે છે અને હલકાં તત્વોનાં સંલયન દ્વારા ભારે તત્વો બનતાં રહે છે. દરેક રૂપાંતર પ્રક્રિયા (જેમકે હાઈડ્રોજન માંથી હિલિયમ) અટકે ત્યારે ઊર્જા ઉત્પન્ન થતી અટકે છે અને ગુરુત્વીય દાબ વધતાં સંકોચનને કારણે ફરીથી તાપમાન વધે છે અને નવી પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે. આવી ન્યુક્લિયર સંલયન પ્રક્રિયાઓ ક્યાં સુધી ચાલુ રહેશે તેનો આધાર તારાના દળ પર રહેલો છે અતિ ભારે દળ ધરાવતાં તારાઓમાં પણ આ પ્રક્રિયાઓ અંતે જ્યારે કોબાલ્ટ અને લોખંડની રચના થાય ત્યારે અટકી જાય છે. આ સમયે તારાના કેન્દ્રમાં લોખંડ અને સપાટી તરફ જતાં ક્રમિક હલકાં તત્વોની કવચો આવેલી હોય છે અને સપાટી પર હજી પણ હાઈડ્રોજન ધરાવતી કવચ હોય છે.
સૂર્ય જેટલાં દળ ધરાવતાં તારાઓમાં જ્યારે તેના કેન્દ્રિયભાગમાં ઓક્સિજનનું નિર્માણ થઈ ગયા પછી અટકી જાય છે. આ તબક્કે આવા તારાઓનું દળ એટલું નથી હોતું કે જેથી કરીને ગુરુત્વીય સંકોચનને કારણે કેન્દ્રીયભાગમાં તાપમાન એટલું ઊંચું જઈ શકે કે જેથી કેન્દ્રિયભાગમાં જમાં થયેલો ઓક્સિજન સંલયન પ્રક્રિયા દ્વારા તેનાં કરતાં ભારે તત્વોની રચનાં કરી શકે. આથી સંલયન પ્રક્રિયાઓ અટકી પડે છે અને તારાનાં વિલયની શરૂઆત થાય છે.
