The Red Giant Phase: Fate of the Inner Planets

سرخ دیو مرحلہ: اندرونی سیاروں کی تقدیر

Mercury اور Venus کے ممکنہ طور پر نگل جانے کا خطرہ، اور Earth کے لیے غیر یقینی امکانات

مین سیکوئنس سے آگے زندگی

ہمارے سورج جیسے ستارے اپنی زندگی کا زیادہ تر حصہ main sequence پر گزارتے ہیں، جہاں وہ اپنے مرکز میں ہائیڈروجن کو ضم کرتے ہیں۔ سورج کے لیے، یہ مستحکم دور تقریباً 10 billion years تک رہتا ہے، جس میں سے تقریباً 4.57 billion years گزر چکے ہیں۔ لیکن جب تقریباً ایک شمسی ماس کے ستارے میں مرکز کا ہائیڈروجن ختم ہو جاتا ہے، تو stellar evolution ایک ڈرامائی موڑ لیتا ہے— shell hydrogen burning شروع ہو جاتی ہے، اور ستارہ red giant میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ ستارے کا رداس کئی گنا بڑھ سکتا ہے، جس سے روشنی میں زبردست اضافہ ہوتا ہے اور قریبی سیاروں کے لیے حالات بدل جاتے ہیں۔

سورج کے نظام میں، Mercury، Venus، اور ممکنہ طور پر Earth اس توسیع سے براہ راست متاثر ہو سکتے ہیں، جو ان کے تباہی یا شدید تبدیلی کا باعث بن سکتی ہے۔ ریڈ جائنٹ مرحلہ اس لیے inner planets کی آخری تقدیر کو سمجھنے کے لیے انتہائی اہم ہے۔ نیچے، ہم دیکھتے ہیں کہ سورج کی اندرونی ساخت کیسے بدلتی ہے، یہ کیوں اور کیسے ریڈ جائنٹ کے سائز تک پھیلتا ہے، اور اس کا Mercury، Venus، اور Earth کے مدار، موسم، اور بقا پر کیا اثر پڑتا ہے۔

2. پوسٹ مین سیکوئنس ارتقا: ہائڈروجن شیل برننگ

2.1 کور ہائڈروجن کا ختم ہونا

تقریباً 5 ارب مزید سال ہائڈروجن کے فیوژن کے بعد، سورج کے کور میں ہائڈروجن کی فراہمی مرکز میں مستحکم فیوژن کو برقرار رکھنے کے لیے ناکافی ہو جائے گی۔ اس وقت:

  1. کور کا سکڑنا: ہیلیم سے بھرپور کور کشش ثقل کے تحت سکڑتا ہے، اور مزید گرم ہوتا ہے۔
  2. ہائڈروجن شیل برننگ: کور کے باہر اب بھی وافر مقدار میں موجود ہائڈروجن کا ایک شیل ان بلند درجہ حرارتوں پر اشتعال پاتا ہے، توانائی پیدا کرنا جاری رکھتا ہے۔
  3. لفافے کی توسیع: شیل سے بڑھتی ہوئی توانائی کی پیداوار سورج کے بیرونی لفافے کو باہر کی طرف دھکیلتی ہے، جس سے رداس میں بہت اضافہ اور سطحی درجہ حرارت میں کمی ہوتی ہے (“سرخ” رنگ)۔

یہ عمل سرخ دیو شاخ (RGB) مرحلے کے آغاز کی نشاندہی کرتے ہیں، جس میں سورج کی روشنی نمایاں طور پر بڑھ جاتی ہے (موجودہ سطح سے چند ہزار گنا تک)، حالانکہ اس کا سطحی درجہ حرارت موجودہ ~5,800 K سے کم ہو کر ایک ٹھنڈی “سرخ” حد میں آ جاتا ہے [1], [2]۔

2.2 وقت کے پیمانے اور رداس کی نمو

سرخ دیو شاخ عام طور پر ایک شمسی کمیت والے ستارے کے لیے کچھ سو ملین سال تک پھیلی ہوتی ہے—جو مین سیکوئنس کی عمر سے کافی کم ہے۔ ماڈلنگ سے پتہ چلتا ہے کہ سورج کا رداس اس کے موجودہ سائز کا تقریباً 100–200 گنا (~0.5–1.0 AU) ہو سکتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ رداس کی درست حد ستارے کی کمیت کے نقصان اور کور ہیلیم کے اشتعال کے وقت پر منحصر ہے۔

3. نگلنے کے منظرنامے: مرکری اور وینس

3.1 کشندی تعاملات اور کمیت کا نقصان

جب سورج پھیلتا ہے، تو ستارے کی ہوائیں کے ذریعے کمیت کا نقصان شروع ہوتا ہے۔ دریں اثنا، پھیلے ہوئے شمسی لفافے اور اندرونی سیاروں کے درمیان کشندی تعاملات کام میں آتے ہیں۔ مداری زوال یا پھیلاؤ ممکنہ نتائج ہیں: کمیت کا نقصان مداروں کو باہر کی طرف منتقل کر سکتا ہے، لیکن اگر سیارے پھیلے ہوئے لفافے کے اندر آ جائیں تو کشندی قوتیں انہیں اندر کی طرف کھینچ سکتی ہیں۔ ان دونوں اثرات کا باہمی تعلق نازک ہے:

  • کمیت کا نقصان: سورج کی کشش ثقل کو کم کرتا ہے، ممکنہ طور پر مداروں کو پھیلنے کی اجازت دیتا ہے۔
  • کشندی ڈریگ: اگر کوئی سیارہ سرخ دیو کے پھیلے ہوئے ماحول میں داخل ہو جائے، تو رگڑ اسے اندر کی طرف کھینچتی ہے، جو غالباً سرپل میں لے جائے گی اور آخرکار نگلنے کا باعث بنے گی۔

3.2 مرکری کی تقدیر

مرکری، جو 0.39 AU پر سب سے قریب ہے، سرخ دیو کے پھیلاؤ کے دوران تقریباً یقینی طور پر نگل لیا جائے گا۔ زیادہ تر شمسی ماڈلز ظاہر کرتے ہیں کہ دیر سے سرخ دیو مرحلے میں فوٹوسفیرک رداس مرکری کے مدار کے قریب یا اس سے تجاوز کر سکتا ہے، اور کشندی تعاملات ممکنہ طور پر مرکری کے مدار کو مزید خراب کر دیں گے، اسے سورج کے لفافے میں مجبور کرتے ہوئے۔ یہ چھوٹا سیارہ (کمیت ~5.5% زمین کی) ستارے کی گہرے پھیلے ہوئے ماحول میں ڈریگ فورسز کا مقابلہ کرنے کے لیے جمود نہیں رکھتا [3], [4]۔

3.3 زہرہ: ممکنہ طور پر نگل لیا گیا

زہرہ تقریباً 0.72 AU پر مدار میں ہے۔ بہت سے ارتقائی ماڈلز بھی زہرہ کے نگلنے کی پیش گوئی کرتے ہیں۔ اگرچہ ستارے کا ماس نقصان مدار کو تھوڑا سا باہر کی طرف منتقل کر سکتا ہے، لیکن یہ اثر 0.72 AU پر موجود سیارے کو بچانے کے لیے کافی نہیں ہو سکتا، خاص طور پر جب سرخ دیو کا رداس بہت بڑا ہو سکتا ہے (~1 AU یا اس سے زیادہ)۔ ٹائیڈل تعاملات ممکنہ طور پر زہرہ کو اندر کی طرف گھما دیں گے، جو اس کی بالآخر تباہی کا باعث بنے گا۔ اگر مکمل طور پر نگل نہ بھی لیا جائے، تو سیارہ زیادہ سے زیادہ حرارت سے بے جان ہو جائے گا۔

4. زمین کا غیر یقینی نتیجہ

4.1 سرخ دیو کا رداس بمقابلہ زمین کا مدار

زمین 1.00 AU پر عام اندازوں کے قریب یا تھوڑا سا سرخ دیو کے زیادہ سے زیادہ رداس سے باہر واقع ہے۔ کچھ ماڈلز ظاہر کرتے ہیں کہ سورج کی بیرونی تہیں زمین کے مدار کی دوری سے تھوڑا سا آگے بڑھ سکتی ہیں—1.0–1.2 AU۔ اگر ایسا ہوا، تو زمین جزوی یا مکمل نگلنے کے شدید خطرے میں ہوگی۔ تاہم، کچھ پیچیدگیاں ہیں:

  • ماس کا نقصان: اگر سورج کافی ماس کھو دیتا ہے (~ابتدائی کا 20–30%)، تو زمین کا مدار اس مدت میں تقریباً 1.2–1.3 AU تک بڑھ سکتا ہے۔
  • ٹائیڈل تعاملات: اگر زمین بیرونی فوٹوسفیر میں داخل ہو جائے، تو رگڑ باہر کی طرف مدار کی توسیع سے زیادہ ہو سکتی ہے۔
  • تفصیلی لفافہ فزکس: ستارے کے لفافے کی کثافت تقریباً 1 AU پر کم ہو سکتی ہے، لیکن ضروری نہیں کہ نظر انداز کی جا سکے۔

لہٰذا، زمین کے بچنے کا منظرنامہ ماس کے نقصان (جو مدار کو باہر کی طرف لے جانے میں مدد دیتا ہے) اور ٹائیڈل رگڑ (جو اسے اندر کی طرف کھینچتی ہے) کے مقابل عوامل پر منحصر ہے۔ کچھ سمیولیشنز ظاہر کرتی ہیں کہ زمین سرخ دیو کی سطح کے باہر رہ سکتی ہے لیکن بہت زیادہ گرم ہو جائے گی۔ دیگر دکھاتے ہیں کہ نگلنے سے زمین کی تباہی ہو جائے گی۔ [3], [5].

4.2 حالات اگر زمین نگلنے سے بچ جائے

اگرچہ زمین جسمانی طور پر مکمل تباہی سے بچ جائے، زمین کی سطح پر حالات سرخ دیو کے عروج سے بہت پہلے ناقابل رہائش ہو جاتے ہیں۔ جیسے جیسے سورج روشن ہوتا ہے، سطحی درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے، سمندر بخارات بن جاتے ہیں، اور رن اوے گرین ہاؤس اثر شروع ہو جاتا ہے۔ سرخ دیو کے مرحلے کے بعد بچا ہوا کوئی بھی کرسٹ یا تو ختم ہو سکتا ہے یا وسیع پیمانے پر پگھل سکتا ہے، جس سے ایک بنجر یا جزوی طور پر بخارات بننے والا سیارہ رہ جاتا ہے۔ مزید برآں، سرخ دیو سے شدید شمسی ہوا زمین کے ماحول کو بھی ختم کر سکتی ہے۔

5. ہیلیم جلنا اور اس سے آگے: AGB، سیاروی نیبولا، وائٹ ڈوارف

5.1 ہیلیم فلیش اور ہوریزونٹل برانچ

آخرکار، سرخ دیو کے مرکز میں، درجہ حرارت تقریباً 100 ملین K تک پہنچ جاتے ہیں، جو ہیلیم فیوژن (تھریپل-الفا عمل) کو بھڑکاتے ہیں، کبھی کبھار "ہیلیم فلیش" میں اگر مرکز الیکٹران-ڈیجینیریٹ ہو۔ ستارہ پھر "ہیلیم جلنے" کے مرحلے میں کچھ چھوٹے لفافے کے رداس پر دوبارہ ترتیب پاتا ہے۔ یہ تبدیلی نسبتاً مختصر (~10–100 ملین سال) ہوتی ہے۔ اس دوران، کوئی بھی بچا ہوا اندرونی سیارہ شدید روشنیوں کا سامنا کرے گا۔

5.2 AGB: Asymptotic Giant Branch

مرکزی ہیلیم کے ختم ہونے کے بعد، ستارہ AGB میں داخل ہوتا ہے، جس میں ہیلیم اور ہائیڈروجن کاربن-آکسیجن مرکز کے گرد متحدہ خولوں میں جل رہے ہوتے ہیں۔ لفافہ مزید پھیلتا ہے، اور thermal pulses اعلیٰ ماس نقصان کی شرح کو چلاتے ہیں، ایک بہت بڑا، پتلا لفافہ بناتے ہیں۔ یہ آخری مرحلہ عارضی ہوتا ہے (چند ملین سال)۔ سیاروی باقیات (اگر ہوں) شدید ستارے کی ہوا کے دباؤ کا سامنا کرتی ہیں، جو مدار کی استحکام کو مزید پیچیدہ بناتا ہے۔

5.3 سیاروی نیبیولا کی تشکیل

خارج شدہ بیرونی پرتیں، جو گرم مرکز کی شدید UV روشنی سے آئنائز ہوتی ہیں، ایک planetary nebula بناتی ہیں—ایک عارضی چمکتی ہوئی خول۔ چند دس ہزار سالوں میں، یہ نیبیولا خلا میں منتشر ہو جاتی ہے۔ ناظرین انہیں مرکزی ستاروں کے گرد حلقہ نما یا بلبلہ نما روشن نیبیولا کے طور پر دیکھتے ہیں۔ آخرکار، ستارے کا آخری مرحلہ ایک white dwarf کے طور پر ظاہر ہوتا ہے جب نیبیولا مدھم ہو جاتی ہے۔

6. سفید بونے کا باقیات

6.1 مرکز کی ڈیجنریسی اور ترکیب

AGB مرحلے کے بعد، بچا ہوا مرکز ایک گھنا white dwarf ہوتا ہے، جو بنیادی طور پر carbon and oxygen پر مشتمل ہوتا ہے، تقریباً 1 شمسی ماس والے ستارے کے لیے۔ الیکٹران ڈیجنریسی پریشر اسے سہارا دیتا ہے، مزید فیوژن نہیں ہوتا۔ عام سفید بونے کا ماس تقریباً 0.5–0.7 M☉ ہوتا ہے۔ اس شے کا رداس زمین جیسا ہوتا ہے (تقریباً 6,000–8,000 کلومیٹر)۔ درجہ حرارت انتہائی زیادہ سے شروع ہوتا ہے (دس ہزاروں K)، اور اربوں سالوں میں آہستہ آہستہ ٹھنڈا ہوتا ہے [5], [6]۔

6.2 کائناتی وقت کے ساتھ ٹھنڈک

ایک سفید بونا باقی حرارتی توانائی کو خارج کرتا ہے۔ دسوں یا سینکڑوں ارب سالوں میں، یہ مدھم ہو جاتا ہے، آخرکار ایک تقریباً غیر مرئی "black dwarf" بن جاتا ہے۔ اس ٹھنڈک کا وقت بہت طویل ہے، جو کائنات کی موجودہ عمر سے بھی زیادہ ہے۔ اس آخری حالت میں، ستارہ غیر فعال ہوتا ہے—کوئی فیوژن نہیں، صرف کائناتی تاریکی میں ایک سرد راکھ۔

7. وقت کے پیمانے کا خلاصہ

  1. Main Sequence: ایک شمسی ماس والے ستارے کے لیے کل تقریباً 10 ارب سال۔ سورج تقریباً 4.57 ارب سال پر ہے، اور تقریباً 5.5 ارب سال باقی ہیں۔
  2. Red Giant Phase: تقریباً 1–2 ارب سال تک جاری رہتا ہے، جس میں ہائیڈروجن شیل برننگ، ہیلیم فلیش شامل ہیں۔
  3. Helium Burning: مختصر مستحکم مرحلہ، ممکنہ طور پر چند سو ملین سال۔
  4. AGB: حرارتی دھڑکنیں، بھاری ماس کا نقصان، چند ملین سال یا اس سے کم عرصہ۔
  5. Planetary Nebula: تقریباً دس ہزاروں سال۔
  6. White Dwarf: ابدی ٹھنڈک، اگر کافی کائناتی وقت دیا جائے تو آخرکار یہ سیاہ بونے میں تبدیل ہو جاتا ہے۔

8. شمسی نظام اور زمین کے لیے مضمرات

8.1 مدھم ہونے کے امکانات

تقریباً 1–2 ارب سال کے اندر، سورج کی تقریباً 10% روشنی میں اضافہ زمین کے سمندروں اور حیاتیاتی نظام کو ریڈ جائنٹ مرحلے سے بہت پہلے ایک بے قابو گرین ہاؤس اثر کے ذریعے ختم کر سکتا ہے۔ جیولوجیکل وقت کے پیمانے پر، زمین کی رہائش پذیری کی کھڑکی شمسی روشنی میں اضافے سے محدود ہے۔ فرضی دور مستقبل کی زندگی یا ٹیکنالوجی کے لیے ممکنہ حکمت عملیاں سیاروی ہجرت یا ستارے کو بلند کرنے (خالص قیاس آرائی) کے گرد گھوم سکتی ہیں تاکہ ان تبدیلیوں کو کم کیا جا سکے۔

8.2 بیرونی شمسی نظام

جب AGB ہوا کے اخراج کے دوران شمسی ماس کم ہوتا ہے، تو کشش ثقل کی قوت کمزور ہو جاتی ہے۔ بیرونی سیارے باہر کی طرف منتقل ہو سکتے ہیں، مدار غیر مستحکم یا وسیع فاصلے پر ہو سکتے ہیں۔ کچھ بونے سیارے یا دمدار ستارے بکھر سکتے ہیں۔ آخرکار، آخری وائٹ ڈوارف سسٹم میں چند بیرونی سیاروں کے باقیات ہو سکتے ہیں یا نہیں، یہ ماس کے نقصان اور کششی قوتوں کے انحصار پر منحصر ہے۔

9. مشاہداتی مماثلتیں

9.1 ریڈ جائنٹس اور سیاروی نیبیولا ان دی ملکی وے

ماہرین فلکیات ریڈ جائنٹ اور AGB ستارے (Arcturus, Mira) اور سیاروی نیبیولا (Ring Nebula, Helix Nebula) کو سورج کی ممکنہ تبدیلیوں کی جھلک کے طور پر مشاہدہ کرتے ہیں۔ یہ ستارے لفافے کے پھیلاؤ، حرارتی دھڑکنوں، اور دھول کی تشکیل کے عملوں پر حقیقی وقت کے ڈیٹا فراہم کرتے ہیں۔ ستارے کے ماس، دھاتیت، اور ارتقائی مرحلے کو ہم آہنگ کر کے، ہم تصدیق کرتے ہیں کہ سورج کا مستقبل کا راستہ تقریباً 1 شمسی ماس کے ستارے کے لیے عام ہے۔

9.2 وائٹ ڈوارفس اور ملبہ

وائٹ ڈوارف سسٹمز کا مطالعہ سیاروی باقیات کے ممکنہ انجاموں کی بصیرت فراہم کر سکتا ہے۔ کچھ وائٹ ڈوارفس میں بھاری دھاتوں کی “آلودگی” دیکھی جاتی ہے جو کششی طور پر ٹوٹے ہوئے ایسٹروئیڈز یا چھوٹے سیاروں سے آتی ہے۔ یہ مظہر اس بات کا براہ راست موازنہ ہے کہ سورج کے باقی ماندہ سیاروی اجسام بالآخر وائٹ ڈوارف پر جمع ہو سکتے ہیں یا وسیع مداروں میں رہ سکتے ہیں۔

10. نتیجہ

ریڈ جائنٹ فیز سورج جیسے ستاروں کے لیے ایک اہم تبدیلی کی نشاندہی کرتا ہے۔ جب مرکز میں ہائیڈروجن ختم ہو جاتی ہے، تو وہ بہت بڑے رداس تک پھیل جاتے ہیں، ممکنہ طور پر مرکری اور وینس کو نگل لیتے ہیں—اور زمین کی بقا غیر یقینی ہو جاتی ہے۔ اگرچہ زمین مکمل طور پر ڈوبنے سے بچ بھی جائے، تب بھی شدید گرمی اور شمسی ہوا کی حالتوں کے تحت رہائش کے قابل نہیں رہے گی۔ شیل فیوژن مراحل کے بعد، ہمارا سورج ایک آخری وائٹ ڈوارف میں تبدیل ہو جائے گا، جس کے ساتھ نکالی گئی مواد کی ایک سیاروی نیبیولا ہوگی۔ یہ کائناتی اختتام ایک ایک شمسی ماس کے ستارے کے لیے عام ہے، جو ستاروں کی ترقی کے عظیم چکر کی عکاسی کرتا ہے—تشکیل، فیوژن، پھیلاؤ، اور آخر میں ایک زوال پذیر باقیات میں سکڑنا۔

ریڈ جائنٹس، وائٹ ڈوارفس، اور ایکسوپلینیٹ سسٹمز کے فلکیاتی مشاہدات ان نظریاتی راستوں کی تصدیق کرتے ہیں اور ہمیں ہر مرحلے کے سیاروی مداروں پر اثرات کی پیش گوئی کرنے میں مدد دیتے ہیں۔ زمین پر انسانیت کا موجودہ نقطہ نظر کائناتی لحاظ سے عارضی ہے، جس میں ستارے کے ریڈ جائنٹ مستقبل کی ناگزیر حقیقت سیاروی قابل رہائش کی عارضیت کو اجاگر کرتی ہے۔ ان عملوں کو سمجھنا شمسی نظام کی اربوں سالوں کی ترقی کی نزاکت اور عظمت دونوں کی گہری قدر دانی کو فروغ دیتا ہے۔

حوالہ جات اور مزید مطالعہ

  1. Sackmann, I.-J., Boothroyd, A. I., & Kraemer, K. E. (1993). “Our Sun. III. Present and Future.” The Astrophysical Journal, 418, 457–468.
  2. Schröder, K.-P., & Smith, R. C. (2008). “Distant future of the Sun and Earth revisited.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 155–163.
  3. Rybicki, K. R., & Denis, C. (2001). “On the final destiny of the Earth and the Solar System.” Icarus, 151, 130–137.
  4. Villaver, E., & Livio, M. (2007). “Can Planets Survive Stellar Evolution?” The Astrophysical Journal, 661, 1192–1201.
  5. Althaus, L. G., Córsico, A. H., Isern, J., & García-Berro, E. (2010). “Evolution of white dwarf stars.” Astronomy & Astrophysics Review, 18, 471–566.
  6. Siess, L., & Livio, M. (1999). “Are Planets Consumed by Their Host Stars?” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 304, 925–930.

 

← پچھلا مضمون                    اگلا مضمون →

 

 

اوپر واپس جائیں

بلاگ پر واپس