דווקא הכוכבים הגדולים ביותר מתים ראשונים. המסה של כוכב קובעת באיזו מהירות הוא צורך את הדלק הגרעיני שלו: כוכבים מסיביים עשויים לחיות מיליוני שנים בלבד, השמש כעשרה מיליארד שנים, ואילו ננסים אדומים קטנים יכולים להאיר במשך טריליוני שנים – הרבה מעבר לגילו הנוכחי של היקום
אנחנו רגילים לחשוב על הכוכבים כסמל לקביעות. תרבויות קמו ונעלמו, יבשות נעו ואפילו מינים שלמים הופיעו ונכחדו, בעוד הכוכבים ממשיכים להאיר בשמים.
אבל גם לכוכבים יש תוחלת חיים. וההבדלים ביניהם עצומים.
כוכב מסיבי במיוחד יכול להיוולד, להתפתח ולמות בפרק זמן של מיליוני שנים בלבד. השמש צפויה לחיות בסך הכול כעשרה מיליארד שנים. לעומתם, הכוכבים הקטנים ביותר שמסוגלים לקיים היתוך גרעיני יכולים להמשיך להאיר במשך טריליוני שנים.
למעשה, היקום עדיין צעיר מכדי שאפילו אחד מן הננסים האדומים מאריכי החיים ביותר יספיק למות מזקנה.
הפרדוקס: יותר דלק – חיים קצרים יותר
לכאורה היינו מצפים שכוכב גדול יחיה זמן רב יותר. הרי יש בו הרבה יותר מימן שיכול לשמש דלק להיתוך גרעיני.
אבל כוכבים אינם מכוניות עם מכל דלק גדול יותר.
ככל שמסת הכוכב גדולה יותר, כוח הכבידה הלוחץ את חומריו פנימה חזק יותר. כדי למנוע קריסה, הכוכב צריך לייצר בליבתו לחץ גדול יותר כלפי חוץ. הוא עושה זאת באמצעות היתוך גרעיני בקצב גבוה יותר.
התוצאה היא שכוכבים מסיביים אמנם מתחילים את חייהם עם הרבה יותר דלק, אבל צורכים אותו במהירות עצומה.
כוכבים קטנים עושים בדיוק את ההפך: הם מחזיקים במאגר דלק קטן יותר, אבל משתמשים בו בחסכנות מופלגת.
לכן אחד הכללים החשובים באסטרופיזיקה הוא גם אחד המפתיעים ביותר: ככל שכוכב מסיבי יותר, חייו בדרך כלל קצרים יותר.
השמש: בערך עשרה מיליארד שנים
השמש נולדה לפני כ־4.6 מיליארד שנים והיא נמצאת כיום בערך באמצע השלב הארוך והיציב ביותר בחייה – הסדרה הראשית.
בליבתה מתמזגים גרעיני מימן ובסופו של התהליך נוצרים גרעיני הליום. חלק זעיר מן המסה מומר לאנרגיה בהתאם למשוואה המפורסמת של איינשטיין, E=mc², והאנרגיה הזאת היא שבסופו של דבר מגיעה אלינו כאור וכחום.
השמש צפויה להישאר בסדרה הראשית עוד כחמישה מיליארד שנים.
כאשר המימן בליבה יתדלדל, האיזון ישתנה. הליבה תתכווץ והשכבות החיצוניות יתפשטו. השמש תהפוך לענק אדום.
בסופו של התהליך היא תשיל את שכבותיה החיצוניות ותותיר אחריה ליבה צפופה וחמה – ננס לבן.
בכתבות קודמות באתר הידען עסקנו בננסים לבנים, השרידים שמותירים אחריהם כוכבים דמויי שמש לאחר סיום שלבי ההיתוך שלהם.
אבל חשוב להבחין בין חיי הכוכב הפעיל לבין קיומו של השריד. הננס הלבן יכול להמשיך להתקיים ולהתקרר במשך פרקי זמן ארוכים לאין שיעור, אך כבר אינו כוכב המייצר אנרגיה באמצעות היתוך גרעיני.
הענקים שממהרים למות
בקצה השני נמצאים הכוכבים המסיביים.
NASA מציינת שכוכבים מסיביים במיוחד יכולים לחיות רק כמה מיליוני שנים. בהמחשה שהוכנה לקראת תצפיות טלסקופ החלל ג'יימס וב הושווה אורך חייה של השמש – כעשרה מיליארד שנים – לכוכב שמסתו כ־60 מסות שמש, שעשוי לחיות פחות ממיליון שנה.
הכוכבים האלה צורכים את המימן בליבותיהם בקצב אדיר. כאשר הוא נגמר הם יכולים לעבור להיתוך של יסודות כבדים יותר בשלבים הולכים ומתקצרים.
בסופו של דבר כוכב מסיבי אינו יכול להפיק עוד די אנרגיה כדי לתמוך בשכבותיו נגד כוח הכבידה. הליבה קורסת, ובמקרים המתאימים מתרחש פיצוץ סופרנובה.
אחרי הפיצוץ עשוי להישאר כוכב נייטרונים – או, אם הליבה מסיבית מספיק, חור שחור.
החיים הקצרים של כוכבים מסיביים חשובים גם להתפתחות הגלקסיות. הם מייצרים ומפזרים לסביבתם יסודות כבדים, ובכך מעשירים את החומר שממנו נוצרים דורות חדשים של כוכבים וכוכבי לכת.
הכוכבים שכמעט אינם מזדקנים
ואז מגיעים הננסים האדומים.
אלה כוכבים קטנים, קרים ועמומים בהרבה מן השמש. הם גם הכוכבים הנפוצים ביותר בשביל החלב.
ננס אדום צורך את המימן שלו באיטיות רבה. בכוכבים הקטנים ביותר החומר יכול לעבור ערבול נרחב, כך שמימן מאזורים שונים בכוכב יכול להגיע לאזור שבו מתרחש ההיתוך. משום כך הכוכב מסוגל לנצל חלק גדול בהרבה ממאגר המימן שלו לעומת כוכב כמו השמש.
התוצאה כמעט בלתי נתפסת במונחים אנושיים.
NASA מעריכה שחלק מהננסים האדומים בעלי מסה נמוכה יכולים לחיות עד כ־14 טריליון שנה.
היקום, לשם השוואה, קיים רק כ־13.8 מיליארד שנה.
כלומר, אם ניקח את גיל היקום עד היום ונכפיל אותו בערך פי אלף, נגיע לסדר הגודל של חיי כמה מהננסים האדומים הקטנים.
אין עדיין ננס אדום זקן באמת
לכך יש תוצאה מעניינת: האסטרונומים יכולים לצפות בכוכבים מסיביים בכל שלבי חייהם, משום שמאז המפץ הגדול כבר הספיקו להיוולד ולמות דורות רבים שלהם.
הם יכולים לצפות גם בכוכבים דמויי שמש שנמצאים בשלבים מאוחרים של התפתחותם.
אבל אף ננס אדום קטן באמת לא הספיק להשלים את חייו.
היקום פשוט אינו זקן מספיק.
לכן כאשר אסטרופיזיקאים מתארים כיצד ייראו השלבים האחרונים בחייהם של הכוכבים האלה, הם אינם מסתמכים על תצפית בננס אדום שסיים את חייו. הם משתמשים במודלים של מבנה והתפתחות כוכבים כדי לחשב מה צפוי לקרות בעתיד הרחוק.
כבר ב־1997 בחנו האסטרופיזיקאים פרד אדמס וגרגורי לאפלין את ההתפתחות ארוכת־הטווח של היקום ושל אוכלוסיות הכוכבים שבו. חישובים מסוג זה לוקחים אותנו לתקופות שבהן הכוכבים המוכרים כיום כבר לא יהיו קיימים.
מה קורה בגבול התחתון?
יש גם גבול לכמה קטן כוכב יכול להיות.
אם גוף אינו מסיבי מספיק, הטמפרטורה והלחץ בליבתו אינם מגיעים לערכים הדרושים לקיום היתוך יציב של מימן.
גופים כאלה נקראים ננסים חומים.
לעיתים מכנים אותם „כוכבים כושלים”, אף שזה תיאור מעט מטעה: הם סוג של עצם אסטרונומי בפני עצמו, הנמצא מבחינת המסה בין כוכבי לכת ענקיים לבין הכוכבים הקלים ביותר.
ננס חום אינו יכול פשוט לחסוך בדלק במשך טריליוני שנים כמו ננס אדום. מלכתחילה אין לו מסה מספקת לקיים היתוך מימן רגיל ויציב כמו כוכב.
האם חיים סביב ננס אדום יכולים ליהנות מטריליוני שנים?
כאן מתעוררת שאלה מפתה: אם כוכב יכול להאיר במשך טריליוני שנים, האם לכוכבי הלכת סביבו יש זמן כמעט בלתי מוגבל לפתח חיים?
לא בהכרח.
ננסים אדומים צעירים עלולים להיות פעילים מאוד ולפלוט התפרצויות חזקות של קרינה על־סגולה וקרינת X. מאחר שאזור הישיבות – התחום שבו הטמפרטורה עשויה לאפשר מים נוזליים על פני כוכב לכת – נמצא קרוב מאוד לכוכב קטן וקר, כוכבי לכת שם עלולים להיות חשופים במיוחד לפעילות הזאת.
לכן אורך החיים של הכוכב הוא רק אחד הגורמים הקובעים את הסיכוי להתפתחות חיים.
מעניין שכוכבי K – ננסים כתומים, קטנים וקרים מעט מן השמש אך גדולים מננסים אדומים – נחשבים בעיני חלק מהחוקרים למועמדים מבטיחים במיוחד לחיפוש אחר עולמות ראויים לחיים. הם עשויים לחיות בערך 15–45 מיליארד שנים, ובמקביל להיות רגועים יותר מננסים אדומים רבים.
היקום העתידי יהיה שונה מאוד
אנחנו חיים בתקופה מיוחדת בתולדות היקום.
יש כיום כוכבים כמעט בכל טווח המסות: מכוכבים מסיביים ובהירים החיים במהירות ומתים צעירים ועד ננסים אדומים זעירים שימשיכו להתקיים בעתיד שקשה אפילו לדמיין.
אבל המצב הזה לא יימשך לנצח.
במשך פרקי זמן עצומים יאזלו מאגרי הגז הזמינים ליצירת כוכבים חדשים. הכוכבים המסיביים ייעלמו ראשונים. אחריהם ייעלמו בהדרגה כוכבים דמויי שמש.
הננסים האדומים יהיו בין הכוכבים האחרונים שימשיכו להאיר.
במובן הזה, אם יצורים תבוניים כלשהם יביטו בשמים בעוד טריליוני שנים, היקום שלהם יהיה שונה מאוד משלנו. רבים מן הכוכבים הבהירים שאנחנו רואים כיום כבר לא יהיו שם.
ומה שיישאר לאורך הזמן הרב ביותר יהיו דווקא הכוכבים שכיום קל מאוד להתעלם מהם: הקטנים, הקרים והעמומים.
לא תמיד מי שיש לו הכי הרבה דלק חי הכי הרבה זמן. ביקום, כמו במקרים רבים אחרים, השאלה המכריעה היא באיזה קצב משתמשים בו.
התהליך הזה כבר מתרחש. כפי שדיווחנו לאחרונה בכתבה „קצב היווצרות הכוכבים ביקום צנח — אבל מאגר הדלק העיקרי כמעט שלא נעלם”, ב־4.5 מיליארד השנים האחרונות ירד קצב יצירת הכוכבים ביקום בחדות, אף שמאגר המימן האטומי הצטמצם בשיעור מתון בהרבה. כלומר, היקום לא רק מכיל כוכבים בעלי תוחלות חיים שונות מאוד — גם קצב הצטרפותם של כוכבים חדשים לאוכלוסייה הולך ופוחת.
שאלות ותשובות
כמה זמן השמש תחיה?
תוחלת החיים הכוללת של השמש ככוכב היא בערך עשרה מיליארד שנים. היא בת כ־4.6 מיליארד שנים וצפויה להישאר בסדרה הראשית עוד כחמישה מיליארד שנים לפני שתתפתח לענק אדום.
איזה סוג כוכב חי הכי הרבה זמן?
הכוכבים מאריכי החיים ביותר הם ננסים אדומים בעלי מסה נמוכה. מודלים של התפתחות כוכבים מצביעים על תוחלת חיים שיכולה להגיע לטריליוני שנים, ובמקרים מסוימים לכ־14 טריליון שנה.
מדוע כוכבים גדולים חיים פחות מכוכבים קטנים?
למרות שיש להם יותר חומר שיכול לשמש דלק, הלחץ והטמפרטורה בליבותיהם גבוהים בהרבה והם מקיימים היתוך גרעיני בקצב מהיר מאוד. לכן הם צורכים את הדלק שלהם במהירות.
האם כבר ראינו ננס אדום שמת מזקנה?
לא. גיל היקום הוא כ־13.8 מיליארד שנה, ואילו חייהם של ננסים אדומים קטנים יכולים להימשך מאות מיליארדי ואף טריליוני שנים. לא עבר די זמן מאז המפץ הגדול כדי שאחד הכוכבים מאריכי החיים האלה יסיים את חייו באופן טבעי.
עוד בנושא באתר הידען
- התפתחות כוכבים – כתבות ומחקרים באתר הידען
- ננסים אדומים – כתבות באתר הידען
- ננסים לבנים – השלב האחרון בחייהם של כוכבים דמויי שמש
- סופרנובות – מותם האלים של כוכבים מסיביים
- כוכבי נייטרונים – השרידים הדחוסים של כוכבים מסיביים
לפרסום המקורי: פתיחת הפרסום המקורי