บทที่ 6 ดาวฤกษ์
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของ เนบิวลา
หรือกล่าวได้อีกอย่างว่าเนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ทุกประเภท
แต่จุดจบของดาวฤกษ์จะต่างกัน ขึ้นอยู่กับมวลสาร
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสารต่างๆกัน
วาระสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มากๆจะเป็นหลุมดำมวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มาก
จะกลายเป็นดาวนิวตรอน และวาระสุดท้ายดาวฤกษ์มวลสารน้อย เช่น ดวงอาทิตย์
จะกลายเป็นดาวแคระ
ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น
ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากจะใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีชีวิตยาว
และจบลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์
ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์
ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ มีมวลมาก
สว่างมากจะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราสูงมากจึงมีช่วงชีวิตสั้นกว่า
และจบชีวิตด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง
จุดจบของดาวฤกษ์ที่มวลมาก คือการระเบิดอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา
แรงโน้มถ่วง
จะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ
ในขณะเดียวกันก็มีแรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนักต่างๆ เช่น
ยูเรนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาด
กระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่
และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่นระบบสุริยะก็เกิดจากเนบิวลารุ่นหลัง
ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้น เนบิวลา ดาวฤกษ์
การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆและชีวิตบนโลก
จึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง
กำเนิดและวิวัฒนาการของดวงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลางและอยู่ใกล้โลกที่สุด
จึงเป็นดาวฤกษ์ที่นักดาราศาสตร์ศึกษามากที่สุด ดวงอาทิตย์เกิด
จากการยุบรวมตัวของเนบิวลาเมื่อประมาณ 5,000 ล้านปีมาแล้ว และจะฉายแสงสว่างอยู่ในสภาพสมดุลเช่นทุกวันนี้ต่อไปอีกประมาณ
5,000 ล้านปี
การยุบตัวของเนบิวลา เกิดจากแรงโน้มถ่วงของเนบิวลาเอง เมื่อแก๊สยุบตัวลง
ความดันของแก๊สจะสูงขึ้น ผลที่ตามมาคือ
อุณหภูมิของแก๊สจะสูงขึ้นด้วยนี่คือธรรมชาติของแก๊สในทุกสถานที่
ที่แก่นกลางของเนบิวลาที่ยุบตัวลงนี้ จะมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ขอบนอก
เมื่ออุณหภูมิแก่นกลางสูงมากขึ้นเป็นหลายแสนองศาเซลเซียส เรียกช่วงนี้ว่า
ดาวฤกษ์เกิดก่อน (Protostar) เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงให้แก๊สยุบตัวลงไปอีก
ความดัน ณ แก่นกลางสูงขึ้น และอุณหภูมิก็สูงขึ้นเป็น 15 ล้านเคลวิน
เป็นอุณหภูมิสูงมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ (thermonuclear
reaction) หลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนเป็นนิวเคลียสฮีเลียม
เมื่อเกิดความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงกับแรงดันของแก๊สร้อนทำให้ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่สมบูรณ์
พลังงานของดวงอาทิตย์เกิดที่แก่นกลาง ซึ่งเป็นชั้นในที่สุดของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิและความดันสูงมาก
ทำให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ที่แก่นกลาง ของดวงอาทิตย์
ซึ่งเกิดจากโปรตอนหรือนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน 4
นิวเคลียสหลอมไปเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม 1 นิวเคลียส
พร้อมกับเกิดพลังงานจำนวนมหาศาล
จากการเกิดปฏิกิริยาพบว่า มวลที่หายไปนั้นเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน
ซึ่งสามารถคำนวณได้จากสูตร ความสัมพันธ์ระหว่างมวล (m) และพลังงาน
(E) ของไอน์สไตน์
( E = mc2) เมื่อ C คืออัตราความเร็วของแสงสว่างในอวกาศซึงเท่ากับ
300,000 กิโลเมตร/วินาที
นักวิทยาศาสตร์คาดคะเนว่า
ในอนาคตเมื่อธาตุไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลือน้อย
แรงโน้มถ่วงเนื่องจากมวลของดาวฤกษ์สูงกว่าแรงดัน ทำให้ดาวยุบตัวลง
ส่งผลให้แก่นกลางของดาวฤกษ์มีอุณหภูมิสูงขึ้นมากกว่าเดิมเป็น 100 ล้านเคลวิน
จนเกิด ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์หลอมรวมนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมเป็นนิวเคลียสของคาร์บอน
ในขณะเดียวกันไฮโดรเจนที่อยู่รอบนอกแก่นฮีเลียม จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตามไปด้วย
เมื่ออุณหภูมิสูงขถึง 15 ล้านเคลวิน จะเกิดปฏิกิริยาเท
อร์โมนิวเคลียร์หลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมครั้งใหม่ ผลก็คือ
ได้พลังงานออกมาอย่างมหาศาล ทำให้ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็น 100 เท่า
ของขนาดปัจจุบัน เมื่อผิวด้านนอกขยายตัว อุณหภูมิผิวจะลดลง
สีจะเปลี่ยนจากเหลืองเป็นแดง ดวงอาทิตย์จึงกลายเป็นดาวฤ กษ์สีแดงขนาดใหญ่มาก
เรียกว่า ดาวยักษ์แดง (redgiant)เป็นช่วงที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกจากดวงอาทิตย์ในอัตราสูงมาก
ดวงอาทิตย์จึงมีช่วงชีวิตเป็นดาวยักษ์แดงค่อนข้างสั้น
ความส่องสว่างและโชติมาตรของดาวฤกษ์
ความส่องสว่าง(brightness)ของดาวฤกษ์
เป็นพลังงานจากดาวฤกษ์ที่ปลดปล่อยออกมาในเวลา 1 วินาทีต่อหน่วยพื้นที่
มีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร ค่าการเปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ เรียกว่า อันดับความสว่าง
หรือ แมกนิจูด(magnitude) ดาวที่มีค่าโชติมาตรต่างกัน
1 จะมีความสว่างต่างกัน 2.512เท่า
ดาวที่มีค่าโชติมาตรน้อยจะมีความสว่างมากกว่าดาวที่มีค่าโชติมาตรมาก
โชติมาตรของดาวฤกษ์ที่สังเกตได้จากโลก เรียกว่า โชติมาตรปรากฏ(apparent
magnitude) นำมาใช้เปรียบเทียบความสว่างที่แท้จริงของดาวฤกษ์ไม่ได้
นักดาราศาสตร์จึงกำหนดโชติมาตรสัมบูรณ์(absolute magnitude) เป็นค่าโชติมมาตรของดาวเมื่อดาวนั้นอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางเท่ากับ
10 พาร์เซก หรือ 32.62 ปีแสง นำมาใช้เปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ทั้งหลาย
สีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์
สีของดาวฤกษ์ที่มองเห็นมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์และช่วงอายุไขของดาวฤกษ์ด้วยโดย
ดาวฤกษ์ที่มีอายุน้อยจะมีสีน้ำเงินและมีอุณหภูมิผิวสูงดาวฤกษ์ที่มีอายุมากจะมีสีแดงและมีอุณหภูมิผิวต่ำ
ระยะห่างของดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ที่นักเรียนเห็นบนท้องฟ้าอยู่ไกลมาก ดวงอาทิตย์และดาวพรอก
ซิมาเซนเทอรีเป็นเพียงดาวฤกษ์สองดวงในบรรดาดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวงที่ประกอบกันเป็นกาแล็กซี
(Galaxy) กาแล็กซีหลายพันล้านกาแล็กซีรวมอยู่ในเอกภพ
นักดาราศาสตร์จึงคิดค้นหน่วยวัดระยะทางที่เรียกว่า ปีแสง (light-year)
ซึ่งเป็นระยะทางที่แสงใช้เวลาเดิน ทางเป็นเวลา
1 ปี แสงเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 300,000
กิโลเมตรต่อวินาที ดังนั้น ระยะทาง 1 ปีแสงจึงมีค่าเท่ากับ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร
เนบิวลา แหล่งกำเนิดดาวฤกษ์
เนบิวลา (NEBULA)หรือกลุ่มหมอกเพลิง
คือ
กลุ่มก๊าซและฝุ่นที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองรวมกันอยู่หนาแน่นมากเป็นปริมาณมหาศาล
อยู่ระหว่างดาวฤกษ์ในระบบกาแล็กซี่ ลักษณะของเนบิวลาจะปรากฏเป็นฝ้ามัวๆ
บริเวณนี้จะเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ต่างๆ
และเนบิวลาบางส่วนอาจเกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์กลายเป็นซากก๊าซและฝุ่น
แต่เดิมคำว่า “เนบิวลา” เป็นชื่อสามัญ
ใช้เรียกวัตถุทางดาราศาสตร์ที่เป็นปื้นบนท้องฟ้าซึ่งรวมถึงดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไปจากทางช้างเผือก
(ตัวอย่างเช่น ในอดีตเคยเรียกดาราจักรแอนดรอเมดาว่าเนบิวลาแอนดรอเมดา)
เนบิวลามี 2 ลักษณะ คือ เนบิวลาสว่าง และ เนบิวลามืด
เนบิวลาสว่าง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เนบิวลาประเภทสะท้อนแสง เช่น
เนบิวลาสว่างใหญ่ในกระจุกดาวลูกไก่ จะสะท้อนแสงสีน้ำเงิน และ
เนบิวลาประเภทเรืองแสง โดยวัตถุที่สะท้อนแสงคือ ฝุ่นอวกาศ เช่น เนบิวลา M-42
ในกลุ่มดาวนายพราน เนบิวลาวงแหวน M-52
ในกลุ่มดาวพิณ เนบิวลาปูในกลุ่มดาววัว
สำหรับเนบิวลาสว่างใหญ่ที่มีทั้งสะท้อนแสงและเรืองแสง เช่น เนบิวลาสามแฉก M-20
ในกลุ่มดาวคนยิงธนู
เนบิวลาสว่างใหญ่ คือ เนบิวลาประเภทเรืองแสงที่เกิดจากการเรืองแสงของอะตอมของไฮโดรเจน
ออกซิเจน ไนโตรเจน และ ฮีเลียม
เนบิวลาสว่างประเภทเรืองแสงที่ใหม่ที่สุด คือ เนบิวลารูปวงกลม
เป็นซากของซุปเปอร์โนวา 1987 A อยู่ในกาแล็กซีแม็กเจลแลนใหญ่
ห่างจากโลก 170000 ปีแสง
เนบิวลามืด
เป็นก๊าซและฝุ่นท้องฟ้าที่บังและดูดกลืนแสงดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลัง
จึงทำให้มองเห็นเป็นบริเวณดำ เช่นเนบิวลามืดรูปหัวม้าในกลุ่มดาวนายพราน และ
เนบิวลารูปถุงถ่านหิน ในกลุ่มดาวกางเขนใต้
เนบิวลานอกจากจะเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์แล้ว
ยังพบว่าในช่วงสุดท้ายแห่งการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เปลือกนอกซึ่งเป็นฝุ่นและก๊าซจะถูกดันแตกกระจาย
กลับกลายเป็นเนบิวลาอีกครั้งหนึ่ง เช่น เนบิวลาวงแหวน ในกลุ่มดาวพิณ
ระบบดาวฤกษ์
ระบบดาวฤกษ์ คือ ดาวฤกษ์กลุ่มเล็กๆ จำนวนหนึ่งที่โคจรอยู่รอบกันและกัน
โดยมีแรงดึงดูดระหว่างกันทำให้จับกลุ่มกันไว้ เช่น ดาวซีรีอัส ซึ่งเป็นดาวคู่
เป็นระบบดาวฤกษ์ 2 ดวง เคลื่อนรอบซึ่งกันและกันด้วยแรงโน้มถ่วง ดาวแอลฟาเซนเทารี
เป็นระบบดาวฤกษ์ 3 ดวง
ระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวฤกษ์เป็นจำนวนมาก เราเรียกว่า กระจุกดาว เช่น
กระจุกดาวลูกไก่ ซึ่งมีดาวฤกษ์มากกว่าร้อยดวง กระจุกดาวทรงกลมเอ็ม
13มีดาวฤกษ์มากกว่าแสนดวง สาเหตุที่เกิดดาวฤกษ์เป็นระบบต่างๆกัน เพราะเนบิวลาเนบิวลาต้นกำเนิดมีปริมาณและขนาดต่างๆกัน
มวลของดาวฤกษ์
มวลของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกัน
เพราะเนบิวลาที่ก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์มีมวลไม่เท่ากัน
มวลจึงเป็นสมบัติที่แตกต่างกันของดาวฤกษ์
นักดาราศาสตร์สามารถหามวลของดาวฤกษ์ได้หลายวิธี เช่น การใช้กฎเคพเลอร์ในการหามวลของดวงอาทิตย์
หรือ จากการสังเกตแสงจากดาว
เนื่องจากดาวมีขนาดใหญ่มาก
เราจึงไม่สามารถทำการหามวลของดาวด้วยวิธีชั่งตวงวัด
นักดาราศาสตร์ไม่สามารถคำนวณหาขนาดมวลของดาวดวงเดียวโดดๆ ได้
แต่จะคำนวณหามวลของระบบดาวคู่ซึ่งโคจรรอบกันและกัน โดยอาศัยความสัมพันธ์ระหว่างคาบวงโคจรและระยะห่างระหว่างดาวทั้งสอง
ตามกฎของเคปเลอร์-นิวตัน
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น