ดาวฤกษ์ : คล้ายกับอะไรมีวิวัฒนาการอย่างไร (Stars : what they are like and how they evolve )
ดาวฤกษ์ เป็นมวลก๊าซที่ลุกโชติช่วง ( incandescent gas ) และกระจายอยู่ทั่วทั้งเอกภพในระยะที่ห่างกันพอได้สมดุลพอดี เราอาจจุเห็นดาวฤกษ์หลายดวงอยู่กันเป็นกลุ่มในท้องฟ้ายามราตรีในรูปของจุดแสงเล็กๆ บางดวงก็มีแสงสุกใสสว่างกว่าดวงอื่น ๆ แต่นั้นก็เป็นเพียงรูปโฉมภายนอกเท่านั้น ทั้งนี้เพราะความสว่างที่เห็นนั้นขึ้นอยู่กับระยะทางที่ดาวฤกษ์ดวงนั้นๆ อยู่ห่างจากโลก อายุขัยของดาวฤกษ์แต่ละดวงไม่เท่ากัน ทว่ามันก่อเกิดขึ้น เติบโต และดับไปในที่สุดเหมือนๆกัน ดาวฤกษ์บางดวง เช่น ดวงอาทิตย์ มีดาวบริวารที่เรียกว่า ดาวเคราะห์ ( planet ) หลายดวงซึ่งแต่ละดวงหมุนรอบตัวเองและโคจรอยู่รอบดาวฤกษ์ดวงนั้นๆ
ความสว่างกับขนาด (BRIGHTNESS AND SIZE) เมื่อเราดูดาวฤกษ์ในตอนกลางคืน จะเห็นว่าบางดวงมีแสงสว่างกว่าดวงอื่น ๆ แต่นั้นเป็นสิ่งที่เราเห็นภายนอกเท่านั้น แท้ที่จริงความสว่าง (brightness) ที่เราเห็นขึ้นอยู่กับขนาด (size) ที่มีมาแต่ดั้งเดิมของดาวฤกษ์ดวงนั้น ๆ และขึ้นอยู่กับว่ามันอยู่ไกลจากเราเท่าใดด้วย ด้วยเหตุนี้เราจึงเห็นดาวฤกษ์ดวงที่มีขนาดใหญ่มากและมีแสงสุกใสสว่างมากกลับมีความสว่างน้อยกว่าที่ควรจะเห็น และเห็นดาวฤกษ์ดวงที่มีขนาดเล็กและมีแสงไม่สุกใสสว่างมากนักแต่อยู่ใกล้เรามากกว่ากลับมีความสว่างมาก ทำให้ต้องมีการกำหนดขนาดที่ปรากฏ (apparent size – ความสว่างที่เห็น ) กับขนาดสัมบูรณ์ ( absolute size - ขนาดจริง ) ของดาวฤกษ์แต่ละดวงนั้น
สีของดาวฤกษ์ (THE COLOR OF STARS ) ถ้าเราดูให้ดีแล้วจะเห็นว่าดาวฤกษ์แต่ละดวงนั้นมีสีไม่เหมือนกันแต่เดิมนั้นมีการจำแนกสีดาวฤกษ์ออกเป็น 4 ประเภท คือ แดง ส้ม เหลือง และขาว แต่ละสีแทน อุณหภูมิของดาวฤกษ์ สีขาวแทนดาวฤกษ์ที่ร้อนจัดที่สุด ส่วนสีแดงแทนดาวฤกษ์ที่ร้อนน้อยที่สุด การให้สีอย่างนี้ก็คล้ายกับสีของชิ้นเหล็กที่กำลังถูกไฟเผา ในตอนแรกมันจะร้อนแดงก่อน ต่อมาเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นสีของมันก็จะเปลี่ยนไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งเป็นสีขาวแกมน้ำเงินในที่สุด แต่นักดาราศาสตร์ปัจจุบันได้จำแนกสีของดาวฤกษ์ตามอุณหภูมิของมันเป็น 7 ประเภทใหญ่ๆ
ประเภทของดาวฤกษ์ตามสี (Type of star on their color)
ประเภท
|
สี
|
อุณหภูมิ ( ํ F)
|
O
| น้ำเงิน - ม่วง |
50,000 - 90,000
|
B
| น้ำเงิน - ขาว |
18,000 - 50,000
|
A
| ขาว |
13,500 - 18,000
|
F
| ขาว - เหลือง |
10,800 - 13,500
|
G
| เหลือง |
9,000 - 10,800
|
K
| ส้ม |
6,300 - 9,000
|
M
| แดง |
4,500 - 6,300
|
การก่อเกิดขึ้นของดาวฤกษ์ (THE BIRTH OF A STAR) ในอวกาศเต็มไปด้วยอนุภาพจิ๋วๆ ของ อะตอมและสสารต่าง ๆ (atoms and matter ) แพร่กระจายอยู่ทั่วไปเหมือนฝุ่นผงธุลีที่ล่องลอยอยู่ในอากาศ ในที่บางแห่งอาจมีเพียง 3 อะตอม ต่อ 1 ลูกบาศก์เมตร แต่ในบางแห่งอาจมีเนื้อสารมากพอที่จะก่อให้เกิดการรวมตัวควบแน่นกันขึ้น ณ จุดจุดหนึ่งอย่างช้า ๆ ดาวฤกษ์ก่อเกิดขึ้นจากการที่ธุลีที่ล่องลอยอยู่นั้นจับตัวกันขึ้นเป็นกลุ่มก้อนเท่าปลายเข็มก่อน ต่อมาเมื่อมีธุลีจับตัวกันทำให้มีมวลเพิ่มมากขึ้นจนได้ขนาด ภายในดาวฤกษ์ดวงนั้นก็จะเริ่มร้อนขึ้นๆ ซึ่งอาจจะร้อนขึ้นได้เป็นหลายล้านองศา พอถึงจุดนี้ดาวฤกษ์ดวงนั้นก็เริ่มเปล่งแสง ซึ่งเราเรียกได้ว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นได้ก่อเกิดขึ้นแล้ว
การเติบโตและการดับ (GROWTH AND DEATH) ใจกลางของดาวฤกษ์กอปรด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ทำให้มันลุกโชติช่วงอยู่ได้ เมื่อไฮโดรเจน (hydrogen) หมดสิ้น ดาวฤกษ์ดวงนั้นก็เริ่มเสื่อมลง โดยมันจะเริ่มหดตัวลงและพันธะระหว่างอะตอมต่าง ๆ ก็สลายลงด้วย ดาวฤกษ์ดวงนั้นก็จะมีสภาพเหมือน “ซุปอิเล็กตรอน” ( electron soup) ที่มีแต่นิวเคลียสของอะตอมชนิดต่าง ๆ พอถึงช่วงนี้ดาวฤกษ์ดวงนั้นก็ยังเปล่งแสงอยู่แต่จะเริ่มเย็นลง ในระยะนี้มันจะให้ฮีเลียม(ซึ่งมีอยู่น้อยกว่ามาก) เป็นเชื้อเพลิง เมื่อถึงวาระสุดท้ายมันก็จะ “ระเบิด” และเปล่งแสงออกมาอีกครั้งก่อนที่จะแตกเป็นอนุภาคและเศษเล็กเศษน้อยกลายเป็นกลุ่มเมฆของสสารระหว่างดวงดาวคล้ายกับควันที่เกิดขึ้นหลังการระเบิด
ดาวฤกษ์ : จากโรงงานธาตุสู่หลุมดำ ( Stars : from elecment factories to black holes) มีปรากฏการณ์ที่สำคัญมากต่อเอกภพโดยรวมเกิดขึ้นหลายอย่างภายในดาวฤกษ์ อันนี้รวมถึงการสร้างธาตุต่าง ๆ ทางเคมี ( chemiscal elecments ) ที่ก่อให้เกิดสสารขึ้น - หรืออีกนัยหนึ่งคือ การหลอมนิวเคลียส และดาวฤกษ์ยังเป็นแหล่งก่อเกิดปรากฏการณ์ในเอกภาพที่ลึกลับและน่าหวั่นกลัวเป็นอย่างยิ่งอีกอย่างหนึ่งด้วยนั้นคือ หลุมดำ
ธาตุต่างๆ ทางเคมีดาวเคราะห์ หินต่าง ๆ อากาศ และสิ่งมีชีวิตทั้งปวงล้วนกอปรขึ้นด้วยธาตุต่าง ๆทางเคมี ธาตุบางธาตุพบได้ในสภาพอิสระ เช่นธาตุออกซิเจน (มีอะตอมของออกซิเจน 2 อะตอมเชื่อมต่อกันอยู่) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของอากาศที่เราหายใจเข้าไป แต่มีธาตุอีกมากที่ปรากฏในสภาพที่เชื่อมต่อกันเป็นสารประกอบทางเคมี เช่น น้ำ (ซึ่งกอปรขึ้นด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมกับออกซิเจน 1 อะตอม) ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีองค์ประกอบอย่างง่ายที่สุด ถัดมาก็คือ ฮีเลียม ทั้งสองธาตุนี้เป็นธาตุที่มีอยู่เป็นจำนวนมากที่สุดในเอกภพ และเป็นธาตุที่ก่อเกิดขึ้นเป็นลำดับแรก ๆ ด้วย ส่วนธาตุอื่น ๆ ก็ล้วนก่อเกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ต่าง ๆ ที่มีลักษณะคล้ายกับว่าเป็นโรงงานที่ผลิตธาตุต่างๆ ทางเคมีนั้นเอง
การเผาไหม้ของดาวฤกษ์
เมื่อเรามองขึ้นไปบนฟ้าเราจะเห็นดาวฤกษ์เป็นเพียงจุดขนาดจิ๋วที่มีแสง แสงดังกล่าวเป็นพลังงานที่เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ด้วยกระบวนการที่เรียนกว่า การหลอมนิวเคลียส กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการหลอมรวมอะตอมตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเข้าด้วยกันเพื่อผลิตอะตอมใหม่ 1 อะตอมที่มวล ของมันมีน้ำหนักน้อยกว่าน้ำหนักรวมของอะตอมทั้งหมดที่ก่อให้เกิดอะตอมใหม่นั้นอยู่เล็กน้อย ส่วนที่หายไปเล็กน้อยนั้นก็คือเนื้อสารส่วนที่เปลี่ยนไปเป็นพลังงาน พลังงานดังกล่าวหลุดออกไปจากดาวฤกษ์ในรูปของแสงที่เรามองเห็นได้จากโลก
หลุมดำ
ในเอกภพอันไกลโพ้น นักดาราศาสตร์จำนวนมากได้สังเกตการณ์พบว่ามีบางบริเวณที่พวกเขาใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดูแล้วไม่เห็นว่ามีสิ่งใดปรากฏขึ้นบนจอภาพเลย แต่จากการคำนวณกลับชี้ว่าต้องมีสิ่งหนึ่งสิ่งใดอยู่ในบริเวณนั้นอย่างแน่นอน และเพราะการที่ไม่มีภาพใดปรากฏบนจอภาพนี้เองนักวิทยาศาสตร์จึงได้เรียกบริเวณนั้นว่าหลุมดำ หลุมดำทั้งหลายเป็นที่ที่ลึกลับแต่จากการศึกษากันอย่างกว้างขวางพบว่าในบริเวณนั้นมีดาวฤกษ์โปรตอน อยู่หลายดวงซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นมากจนกระทั่งแรงโน้มถ่วงของมันสามารถดึงดูดพลังงานทุกชนิดไว้ได้ แม้กระทั่งแสงก็ไม่สามารถจะหลุดออกมาได้เลย
ประเภทของดาวฤกษ์
แม้ว่าในทางทฤษฎี ดาวฤกษ์ต่าง ๆ ก็ล้วนแต่เหมือน ๆ กันทั้งนั้น แต่สิ่งที่ทำให้มันดูต่างกันก็คืออายุ ขนาด และวิวัฒนาการ ดังนั้น จึงสามารถจัดเป็นประเภท ๆ ได้ตามที่นักดาราศาสตร์สมัครเล่นจะสามารถสังเกตการณ์ดาวฤกษ์ต่าง ๆ เหล่านั้นได้ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก ประเภทของดาวฤกษ์ที่สำคัญ ได้แก่ ดับเบิลสตาร์ แวริเบิลสตาร์ โนวา ซูเปอร์โนวา พัลซาร์ และ ควาซาร์
ดับเบิลสตาร์
มีอยู่หลายแห่งในอวกาศที่มีดาวฤกษ์ซึ่งต่างผลัดกันโคจรรอบกันและกันเป็นคู่แฝดโดยมีศูนย์กลางของความถ่วงเดียวกัน ดาวฤกษ์ที่มีลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ดับเบิลสตาร์ ดาวฤกษ์คู่แฝดเหล่านี้ก่อเกิดมาจากมวลของสสารในอวกาศกลุ่มเดียวกันด้วยการควบแน่นแล้วแยกออกเป็นดาวฤกษ์ 2 ดวง
แวริเบิลสตาร์
มีดาวฤกษ์หลายดวงที่มีแสงไม่คงที่ โดยระดับแสงจะเปลี่ยนไปเป็นช่วง ๆ แต่ละช่วงอาจสั้นแค่ 2-3 เดือน หรืออาจนานเป็นหลาย ๆ ปีก็ได้ ดาวฤกษ์ประเภทนี้เรียกว่า แวริเบิลสตาร์ ซึ่งความสว่างไม่คงที่เป็นช่วงเวลาที่ไม่เท่ากันของดาวฤกษ์ประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างภายในดวงดาวนั้นเอง ต่างจากความสว่างไม่คงที่ของดาวฤกษ์ประเภทที่ต่างผลัดกันโคจรรอบกันและกันแล้วทำให้เกิดเงามืดทับกันและกันเป็นช่วงเวลาที่สม่ำเสมอซึ่งมองเห็นได้จากโลก
โนวา
ในดาวฤกษ์ที่อยู่กันเป็นคู่ ระหว่างดาวแคระแดง ดวงหนึ่ง กับดาวยักษ์ขาว อีกดวงหนึ่งนั้น ในบางครั้งแรงดึงดูดที่แรงจัดของดาวแคระแดงได้ดึงเอาไฮโดรเจนมาจากดาวยักษ์ขาว ซึ่งเชื้อเพลิงส่วนที่เพิ่มขึ้นนี้จะลุกไหม้ทำให้เกิดแสงสว่างจัดจ้าววูบขึ้นเป็นเวลาหลายชั่วโมง ดาวแคระแดงที่เกิดแสงสว่างจัดจ้าวูบขึ้นนี้เรียกว่า โนวา
ซูเปอร์โนวา
ในช่วงสุดท้ายของชีวิต ดาวฤกษ์ต่าง ๆ จะมีสีแดง ดาวฤกษ์ยักษ์ จะระเบิดขึ้นอย่างน่าระทึกใจ และมีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าเดิมหลายพันเท่า การระเบิดนี้เป็นผลจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ดวงนั้น เมื่อดาวฤกษ์ดวงนั้นใช้ไฮโดรเจนที่มีอยู่หมดลงและมีธาตุใหม่ที่หนักกว่าเกิดขึ้น มวลที่ใหญ่โตเหลือล้นนั้นทำให้เกิดการระเบิดขึ้นภายในตัวมันเองก่อนแล้วทำให้เกิดการระเบิดออกภายนอกตามมา ส่งผลให้สสารของมันพุ่งกระจายออกสู่อวกาศด้วยความเร็วเหลือที่จะพรรณนาได้
พัลซาร์
เป็นดาวฤกษ์นิวตรอนที่ก่อเกิดขึ้นเมื่อสิ้นสุดชีวิตของดาวฤกษ์ยักษ์หลังการระเบิด ดาวฤกษ์ประเภทพัลซาร์หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูง (ถึง 600 รอบต่อวินาที)และสนามแม่เหล็กของมันก็ให้กระแสคลื่นแม่หล็กไฟฟ้าที่มีกำลังสูงมาก ซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้จะมาถึงโลกเป็นช่วงๆ ในจังหวะที่เท่าๆ กัน และเนื่องจากมีการส่งกระแสคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเป็นช่วงๆ นี้เองจึงได้ชื่อว่าพัลซาร์
ควาซาร์
ควาซาร์ถูกค้นพบเป็นครั้งแรกในช่วงคริสต์ศักราช 1960-1969 ดาวฤกษ์ประเภทนี้เป็นแหล่งที่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เป็นระยะทางไกลมาก เชื่อกันว่ามันเป็นเทห์ที่อยู่ไกลสุดและหมุนด้วยความเร็วราว 153,000 ไมล์ต่อวินาที ควาซาร์อาจจะเป็นแกนของกาแล็กซีใหม่ที่กำลังก่อตัวอยู่หรืออาจจะเป็นศูนย์กลางของหลุมดำก็ได้
หมู่ดาวฤกษ์และหมู่เนบิวลา (STAR CLUSTERS AND NEBULAE)
ในอวกาศเต็มไปด้วยสสารกระจายกันอยู่ ไกลกันบ้างใกล้กันบ้าง ดาวเคราะห์และดาวฤกษ์น้อยใหญ่ต่างก่อเกิดมาจากสสารระหว่างดวงดาวเหล่านั้นซึ่งจับกลุ่มกันเป็นเนบิวลาจำนวนมาก หลังจากที่ดาวฤกษ์ต่างๆ ได้ก่อเกิดขึ้นแล้วพบว่าดาวฤกษ์เหล่านั้นเกือบจะไม่อยู่โดดเดี่ยวเลย แต่จะอยู่กันเป็นหมู่ๆ หมู่ละมากดวงบ้างน้อยดวงบ้าง มองจากโลกจะเห็นสสารระหว่างดวงดาว และกลุ่มของดาวฤกษ์เหล่านี้ดูคล้ายกับเป็นหมู่เมฆหลากสีสันที่กระจัดกระจายกันอยู่
หมู่ดาวฤกษ์
พบว่าดาวฤกษ์จะไม่อยู่เดี่ยวๆ แต่จะอยู่กันเป็นหมู่ๆ ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่าดาวฤกษ์เหล่านั้นก่อเกิดมาจากมวลของสสารระหว่างดวงดาวกลุ่มเดียวกันที่เกิดจากการควบแน่นเป็นแท่งๆ ทำให้ขาดออกจากกันเป็นลูกๆ และในที่สุดก็เป็นดาวฤกษ์หลายดวงขึ้นมา ดาวฤกษ์ทุกดวงในหมู่เดียวกันจะมีอายุใกล้เคียงกันมากจนเกือบจะเท่ากันและโคจรไปในห้วงอวกาศด้วยความเร็วที่เท่ากัน หมู่ดาวฤกษ์มี 2 ประเภท ประเภทหนึ่งเป็นหมู่ดาวฤกษ์ที่ก่อเกิดมาจากการรวมหมู่ดาวฤกษ์น้อยใหญ่เข้าด้วยกันแต่ดาวฤกษ์เหล่านั้นยังอยู่กันห่างๆ พวกนี้เรียกว่า หมู่ดาวเปิด ส่วนอีกประเภทหนึ่งก่อเกิดมาจากการรวมหมู่ดาวฤกษ์น้อยใหญ่นับพันๆ ดวงเข้าด้วยกัน แต่ดาวเหล่นนั้นอยู่ชิดกันมากจนเกิดเป็นหมู่ดาวรูปทรงกลมขึ้น พวกนี้เรียกว่า หมู่ดาวทรงกลม
พไลอะดีส (Pleiades) เป็นหนึ่งในหมู่ดาวที่มีชื่อเสียง อยู่ในกลุ่มดาวทอรัส (Taurus)
หมู่เนบิวลา
โครงสร้างของหมู่เนบิวลาเป็นหมู่เมฆของก๊าซ และธุลีระหว่างดวงดาวที่อาจจะมองเห็นหรือมองไม่เห็นจากโลก ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของมัน เนบิวลาบางหมู่มีแสงให้เห็นเพราะดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ทำให้มันอุ่นขึ้น บางหมู่ก็เป็นเพียงกลุ่มก๊าซดำมืดซึ่งไม่สามารถจะมองเห็นมันได้เช่นเดียวกับธุลีระหว่างดวงดาวที่มองไม่เห็นเพราะมันดูดซับแสงเอาไว้ แต่เราก็อนุมานได้ว่ามีเนบิวลาอยู่ตรงนั้นตรงนี้เมื่อมันเคลื่อนที่เข้าบังเทห์บางอย่างที่อยู่ในอวกาศไว้ ซึ่งเป็นเทห์ที่เรารู้ด้วยวิธีหนึ่งวิธีใดมาก่อนแล้วว่ามีอยู่จริง
ไตรฟิดเนบิวลา (Trifid nebula) ในกลุ่มดาวซาจิททาเรียส (Sagittarius)
เนบิวลาที่มีแสงสว่างสุกใสในกลุ่มดาวโอเรียน (Orion)
หมู่เนบิวลาเป็นวัตถุดิบที่เหลือจากการก่อให้เกิดดาวฤกษ์ต่าง ๆ มาแล้ว สีของหมู่เนบิวลาจะเปลี่ยนไปตามระดับของอุณหภูมิ
