<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/115" type="text/javascript"></script> |
|
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ตอนที่ ๓
เมื่อดาวบนฟ้าใกล้ถึงคราวดับสูญ อธิบายกลไกการดับสลายของดวงดาว
post ครั้งแรก: Tue 15 January 2002, 10:43 pm ปรับปรุงล่าสุด: Tue 15 January 2002, 10:43 pm
|
๖ เมื่อเนื้อนอกแยกออกจากแกนใน
ดาวในระยะนี้ที่มีการยืดๆหดๆแสงที่ส่องออกมาก็วูบวาบแปรเปลี่ยนไปเป็นคาบเป็นจังหวะ เนื้อนอกของดวงดาวเมื่อขยายตัวออกไปมากๆเข้า ในที่สุดหลังจากยืดไปหดมาอยู่ได้สองสามล้านปี เนื้อนอกก็แยกออกหลุดห่างจากแกนในออกไปเรื่อยๆ พุ่งสาดสู่อวกาศ ด้วยความเร็วถึงสองสามพันกิโลเมตรต่อวินาที จนในที่สุดก็จะเลือนหายไปรวมกับ มวลสารระหว่างดวงดาว
เมื่อเนื้อนอกแยกออกจากแกนในของดวงดาว ในชีวิตช่วงนี้เราเรียกมันว่า Planetary Nebula ที่หากแปลตรงตามตัวแล้วก็เรียกได้ว่า เนบิวล่าดาวเคราะห์ เนื่องจากว่าในสมัยก่อนที่ยังไม่มีกล้องกำลังสูง พอนักดาราศาสตร์มองดาวพวกนี้ ก็สังเกตว่ามันไม่เป็นจุดใสสว่างเหมือนอย่างดาว หากเป็นแผ่นกลมๆที่ไม่สู้สว่างมากนัก ก็เข้าใจผิดว่าคงเป็นดาวเคราะห์ และสมัยนั้นอะไรที่ไม่แน่ใจว่าจะเป็นดาวฤกษ์ หรือดาวเคราะห์ในระบบสุริยจักรวาลแล้ว นักดาราศาสตร์รุ่นเก่านั้น ก็จะเรียกมันว่าเนบิวล่าไปหมด ซึ่งทั้งคำว่า เนบิวล่าและคำว่า ดาวเคราะห์ ในชื่อ เนบิวล่าดาวเคราะห์ นี้ ทำความสับสนให้ไม่น้อย เพราะมันเป็นดาวฤกษ์ไม่ใช่ ดาวเคราะห์ และ เนบิวล่าในปัจจุบัน เราเลือกใช้กับ กลุ่มก๊าซก่อนที่ได้มาเป็นดาว หรือดาวที่ยังไม่ทันได้เกิด แต่สิ่งที่เราเห็นนี้เป็นดาวใกล้ตายวัยหงำเหงอะ แต่ก็ดังขนบธรรมเนียมประเพณีที่ปฏิบัติสืบต่อกันมาเป็นเวลาช้านาน จะเปลี่ยนก็ไม่ได้ก็ปล่อยให้เป็นหน้าที่ของนักดาราศาสตร์รุ่นหลัง ที่ต้องมาแจกแจงกันวุ่นไป
เนบิวล่าดาวเคราะห์พวกนี้เป็นที่นิยมถ่ายภาพกันมาก โดยเฉพาะด้วยกล้องฮับเบิล ไม่ใช่เพราะมันสวยดี แต่เพราะเรายังต้องการศึกษา กระบวนการตายดับของดวงดาวอีกมาก และดวงอาทิตย์ของเราก็จะพบจุดจบเช่นนี้ จึงเป็นที่สนใจของนักดาราศาสตร์มากว่า เนบิวล่าดาวเคราะห์จะมีการพัฒนาไปได้อย่างไร
![]() |
| (ภาพที่ ๕๖) ภาพต่างๆของเนบิวล่าดาวเคราะห์ ที่ศึกษาวิจัยโดย Prof. Bruce Malick, U. Washington โดยกล้องฮับเบิล จาก STScI |
เมื่อเปลือกนอกของดวงดาวเย็นตัวลง และพองตัวออกไปในอวกาศ ดาวขนาดดวงอาทิตย์อาจจะสูญมวลของมันไปถึง ๔๐ % เปลือกนอกแกนก็กำลังจะมอดตัวลง ไม่ก่อพลังงานใดๆออกมาอีกแล้ว แกนในจึงหดตัวลงอย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดความร้อนสูงขึ้น อุณหภูมิพื้นผิวของซากดาวนี้จึงขึ้นสูงได้ถึง ๓๐,๐๐๐เคลวิน(K) ในบางดวงอาจขึ้นไปถึง ๑๐๐,๐๐๐ K ในผังเฮิร์ตสปรัง-รัสเซิล ดาวจึงพุ่งจากขวาไปซ้าย ตามอุณหภูมิที่พุ่งขึ้นไปเช่นนั้น ในอุณหภูมิขนาดนี้ มันก็แผ่รังสีอุลตร้าไวโอเล็ตออกมา เมื่อส่องไปจับก๊าซของเนื้อนอกที่กำลังพองตัวออกไป ทำให้ก๊าซจากเนื้อดาวส่วนนั้น เรืองแสง (flouresce) ออกมา เช่นเดียวกับตอนกำลังจะเกิดที่เราสังเกตุจาก กลุ่มเมฆฝุ่นสีแดง หรือ เนบิวล่าส่องแสง (Emission Nebula) เช่น เนบิวล่านายพราน ดังที่กล่าวไปในตอนแรก แต่มันต่างกันตรงที่ตอนแรกเกิด เนบิวล่าแม่จะประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นหลัก มันจึงเรืองแสงสีแดงที่เป็นเอกลักษณ์ของไฮโดรเจน
หากในวัยใกล้ดับเช่นนี้ ภายในแกนดาวมีธาตุต่างๆหลายอย่าง ที่เกิดขึ้นจากการหลอมรวมตัวในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น เช่น ฮีเลียม คาร์บอน และออกซิเจน หรือธาตุหนักขึ้นไปอื่นๆอยู่บ้าง ตามแต่สภาวะของแกนดาวแต่ละดวง ที่ต่างกันไปตามมวลที่เหลือไม่เท่ากัน แต่ละอะตอมของธาตุต่างๆเหล่านี้ จะปล่อยพลังงานเรืองแสงออกมา ในความถี่ที่ต่างกัน ทำให้มีสีต่างกัน แสงสีที่ออกมาจึงวิจิตรตระการตามากกว่าสีแดงเปล่าๆ ของเนบิวล่าท้องแก่อยู่มาก ภาพถ่ายของเนบิวล่าดาวเคราะห์เหล่านี้ จึงประกอบด้วยสีสันต่างกันดั่งอัญมณี เป็นที่งดงามตระการตากว่ามาก
ดูตัวอย่างภาพ เนบิวล่าดาวเคราะห์ ที่ถ่ายโดย กล้องฮับเบิล ได้ ที่นี่ ค่ะ
![]() |
| (ภาพที่ ๕๗) ภาพเนบิวล่าดาวเคราะห์ NGC 6751 ในกลุ่มดาวอินทรีย์ ส่วนกลางที่ส่องแสงสว่าง คือแกนในของดวงดาวที่เหลืออยู่ ซึ่งยังร้อนมากจนแผ่รังสีอุลตร้าไวโอเล็ตออกมา ก๊าซในเปลือกนอกที่กำลังแยกตัวออกจากดาววิ่งสู่อวกาศ ได้รับรังสีก็เรืองแสงออกมา ลักษณะของการเรียงตัวเป็นแถบๆของก๊าซ แสดงว่ามันถูกเป่าออกด้วยพายุ แบบเดียวกับพายุสุริยะจากดวงอาทิตย์ของเรา ภาพโดย STScI |
![]() |
| (ภาพที่ ๕๘) ภาพ เนบิวล่าดาวเคราะห์ อีกดวงหนึ่ง คือ NGC 3132 ที่มองเห็นได้จากซีกโลกภาคใต้เท่านั้น ชื่อสามัญว่า "เนบิวล่าวงแหวนใต้" (Southern Ring Nebula) ซึ่งอยู่ห่างจากเราสองพันปีแสง และมีขนาดกว้างครึ่งปีแสง จะสังเกตได้ว่าในแกนกลางมีดาวสองดวง ดวงใหญ่และดวงเล็กเป็นดาวคู่ ภาพโดย STScI |
เปลือกของดวงดาวที่พองออกไปสู่อวกาศนั้น เป็นฟองทรงกลม แต่หากเรามองดูเหมือนกับว่ามันเป็นวงแหวนก็เพราะ ก๊าซที่บางเบาเช่นที่เปลือกนอกของดาวนี้แทบจะโปร่งแสง ทำให้เรามองทะลุเข้าไปเห็นแกนดาวที่อยู่ตรงกลางได้ ส่วนตามขอบที่เราต้องมองฝ่าก๊าซที่หนากว่าส่วนที่อยู่ตรงหน้า ก็ทำให้ดูทึบกว่าดังภาพข้างล่าง โดยแท้จริงแล้วความหนาของก๊าซจะใกล้เคียงกันตลอดทั้งฟอง ใช่ว่าจะหนาตรงขอบเท่านั้น
![]() |
| (ภาพที่ ๕๙) การที่สายตาของเราหลงไปทำให้คิดว่า ขอบนอกของฟองก๊าซจะหนากว่าตรงกลาง แต่แท้จริงแล้วเป็นเพียงภาพลวงตาเท่านั้น เนื่องจากเรามองทะลุผ่านความหนาของก๊าซที่ไม่เท่ากัน เช่นเดียวกับเวลาเรามองฟองสบู่ ที่มักจะเห็นแต่ขอบ ภาพโดย Dr. Nick Strobel |
หากวิวัฒนาการของดวงดาวเป็นไปอย่างราบรื่น เราก็คงคาดเดาได้ไม่ยากนักว่า ฟองก๊าซที่ดวงดาวพ่นออกมาก่อนตาย คงจะกระจายตัวออกเป็นทรงกลมสมดุลย์กันทุกด้าน แต่ในสภาพความเป็นจริงแล้วมันหาได้เป็นไปเช่นนั้นไม่ ยังมีตัวแปรอีกมากที่ทำให้เนบิวล่าดาวเคราะห์เหล่านี้ มีโครงสร้าง รูปแบบ สีสรร ผิดแผกแตกต่างกันไปมากนัก เพราะบ้างก็เกิดมาจากดาวคู่ที่มีแรงพ่นออกประสานกัน ทำให้ทรงกลมเบี้ยวเป็นวงรีไป ดังเช่นเนบิวล่าวงแหวน ในภาพที่ ๕๗ หรือจากการที่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายในแกนกลางของดาวใกล้ตาย สำลักออกมาเป็นห้วงๆ เพราะเชื้อเพลิงใกล้จะหมด ทำให้แรงพ่นฟองก๊าซออกมาไม่สม่ำเสมอ บ้างก็เกิดพายุกำลังแรงไม่เท่ากัน เช่น ที่ขั้วอาจจะมีกำลังแรงมากกว่า อาจจะด้วยกำลังสนามแม่เหล็ก บ้างก็เกิดพายุหมุนรอบแกน ทำให้มวลสารถูกพ่นออกมาเป็นเกลียวไป โครงสร้างของเนบิวล่าดาวเคราะห์ต่างๆ ที่กล้องดูดาวทั้งหลายถ่ายภาพมาได้นั้น จึงสวยงาม สลับซับซ้อน ดังตัวอย่างภาพข้างล่าง มาจาก การศึกษาโครงสร้างของเนบิวล่าดาวเคราะห์ โดยสถาบันกล้องส่องดาวจากอวกาศ (Space Telescope Science Institute - STScI)
๗ ดาวแคระขาว - ชะตากรรมของดาวที่มีมวลน้อย
เมื่อมาถึงขั้นนี้แล้วคือแกนในก็เริ่มมีคาร์บอน อันเป็นผลจากปฏิกิริยาสามอัลฟ่าสะสมขึ้นมาอีก คาร์บอนนี้ก็คือเถ้าถ่านของการเผาฮีเลียม ที่ไม่ได้ก่อปฏิกิริยาอะไรให้เกิดพลังงานใหม่ๆ ดวงดาวก็ได้แต่อาศัยแต่พลังงานจากการเผาฮีเลียมที่เปลือกใน และเผาไฮโดรเจนที่เปลือกนอกเถ้าคาร์บอนที่แกนใน เมื่อไม่มีพลังงานมายันตัวไว้ก็ยุบยวบตัวลงมาเรื่อยๆด้วยแรงดึงดูด หากมีมวลมากพอให้อัดตัวยุบแน่นให้เกิดความร้อนเพียงพอ คือสูงถึง ๖๐๐ ล้านองศาได้ ก็จะสามารถเผาคาร์บอน ให้เกิดพลังงานมาชะลอความตายอันใกล้ได้ แต่อนิจจาสำหรับดาวที่ไม่ได้มีมวลมากมาแต่เกิด เมื่อมาถึงในขั้นนี้แล้วจุดจบก็ไม่ไกลเท่าไรนัก เพราะเมื่อหดตัวมาได้จนอุณหภูมิขึ้นถึง ๓๐๐ ล้านองศา "เท่านั้น" แต่ความหนาแน่นมีถึง ๑๐,๐๐๐ ล้านกิโลกรัมต่อ ๑ ลูกบาศก์เมตร คือ ปริมาตรขนาดลูกองุ่นหนึ่งลูกของมวลในแกนนี้จะหนักถึงหนึ่งตัน
ก็ขนาดรถยนตร์คันย่อมทีเดียว แต่ก่อนที่มันจะยุบตัวลงไปมากกว่านี้ ก็เกิดสภาวะ electron degeneracy ที่มายันตัวดำรงสภาพไว้ ไม่ให้ดาวสลายกลายเป็นจุลไป ด้วยการถล่มเข้าภายในด้วยแรงดึงดูดของตัวเอง
ถ้าดาวมีมวลมากพอก็คงจะสามารถสร้างความร้อนจากการหดตัว จนเกิดปฏิกิริยาเผาคาร์บอนขึ้นมาได้ในแกนกลาง เกิดเป็นวงจรวนเวียนเปลี่ยนธาตุให้หนักขึ้นไปเรื่อยๆ แต่ดาวที่มีมวลไม่เกิน ๘ เท่าของดวงอาทิตย์ เมื่อเริ่มถือกำเนิดมาเป็นดาว ก็จะจบชีวิตลงตรงนี้ ในที่สุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เปลือกแกน ซึ่งเผาฮีเลียมและไฮโดรเจนก็จะมอดดับลง แกนกลางที่ยังร้อนอยู่ก็จะเผยตัวออกมาให้เห็น หลังจากที่เนื้อดาวส่วนนอกกระจายตัวออกห่างไปทุกที ฟองก๊าซจากเนื้อดาวก็เย็นลง จนในที่สุดก็จะประสานเป็นเนื้อเดียวกับมวลสารระหว่างดวงดาว เป็นแหล่งให้ฮีเลียมและคาร์บอนส่วนหนึ่งในหมู่มวลสารเหล่านี้
ส่วนที่หลงเหลือจากกากดาวก็คือแกนกลางซึ่งยังไม่หยุดวิวัฒนาการทีเดียวนัก เมื่อมันเผยตัวออกมาจากม่านดาวยักษ์แดง ก็มีขนาดเล็กมากประมาณเท่ากับโลก หรือเล็กกว่าโลกเสียอีก แสงที่เปล่งออกมาก็มาจากซากพลังงาน คือความร้อนที่หลงเหลือจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่ในตอนนี้ได้ดับลงไปแล้วอย่างสิ้นเชิง แต่ความร้อนก็ยังหลงเหลืออยู่มาก โดยเฉพาะในระยะแรกๆ ทำให้เปล่งแสงเป็นสีขาว ด้วยความที่มันมีขนาดเล็กมากจึงเรียกว่าดาวแคระห์ขาว ที่ค่อยๆคายความร้อนออกไปอย่างช้ามากๆ ดาวแคระห์ขาวจะต้องใช้เวลานับล้านล้านปี (trillion years) จึงจะคายความร้อนจนหมดและกลายเป็นดาวแคระห์ดำได้ จักรวาลของเรายังอายุไม่มากขนาดนั้น เราจึงยังไม่มีดาวแคระห์ดำให้ดูเป็นตัวอย่าง
![]() |
| (ภาพที่ ๖๓) เมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวแคระขาว ก็จะมีขนาดเล็กลงมาก ภาพโดยทีมงานจันดรา แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด |
![]() |
| (ภาพที่ ๖๔) วาระสุดท้ายในชีวิตของดวงดาวจะมีอุณหภูมิสูงที่สุด เนื่องจากการหดตัวลงอย่างมากของแกนกลาง อุณหภูมิก็พุ่งขึ้นไปจนร้อนมาก แต่เมื่อปฏิกิริยานิวเคลียร์สิ้นสุดลง ส่วนที่เหลือคือแกนกลางก็ลดความสุกสว่างและอุณหภูมิ ทำให้ไต่ลงมาอยู่ด้านล่างซ้าย กลายเป็นดาวแคระขาวที่มีแต่จะเลือนหาย มองหาได้ยากเข้าทุกที จนในที่สุดก็ดับสนิทกลายเป็นดาวแคระดำไป ภาพโดย ผศ Richard Pogge |
เมื่อฟองก๊าซส่วนนอกถูกเป่าให้มลายหายไปจากซากดาว ส่วนที่เหลือก็มีเพียงแกนเปล่าเปลือยที่มอดแสงลงไปทุกขณะ กล้องฮับเบิลได้ถ่ายภาพของ "กระจุกดาว" (globular cluster) ซึ่งเป็นกลุ่มดาวที่มีอายุมาก เพื่อหาดาวแคระขาว ดังภาพกระจุกดาว M4 (ภาพที่ ๖๕) ซึ่งประกอบด้วยดาววัยชรา ทั้งดาวยักษ์แดง และดาวแคระขาว อยู่ประมาณ ๑๐๐,๐๐๐ ดวง และอยู่ห่างจากโลก ๗๐๐๐ ปีแสง นับว่าเป็นกระจุกดาวที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด
ปัญหาของการศึกษาดาวแคระขาวก็คือ มันไม่ค่อยจะสว่าง กล้องดูดาวบนพื้นโลกที่มีถ่ายภาพมาได้ก็ไม่กี่ดวง แม้กล้องฮับเบิลจะถ่ายเองก็ไม่ใช่ของง่าย แสงจากดาวแคระขาวในกระจุกดาว M4 นี้ เปรียบเทียบได้กับหลอดไฟขนาด ๑๐๐ วัตต์ ที่ไปติดตั้งไว้บนดวงจันทร์ (ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ ๒๒๐,๐๐๐ กิโลเมตร) ในภาพที่ ๖๕ ข้างล่าง ทีมนักดาราศาสตร์ใช้กล้องมุมกว้าง WFPC2 ของฮับเบิล ถ่ายด้วยการเปิดเลนส์รอรับจับแสงอยู่ถึง ๕ ชั่วโมง ก็ถ่ายภาพดาวแคระขาวมาได้ ๗๕ ดวง จากที่ประมาณว่าจะมีดาวแคระขาว ๔๐๐๐๐ ดวงในกระจุกดาวนี้
เนื่องจากดาวแคระขาวเย็นตัวลงช้ามาก ถ้าเราทราบอัตราการคายความร้อนโดยถ่ายภาพมาศึกษาความสว่าง ก็ประมาณอุณหภูมิพื้นผิวได้ จึงสามารถคำนวณอายุของมันได้ เป็นอีกวิธีหนึ่งที่เราใช้คำนวณหาอายุของจักรวาลของเรา เพราะกระจุกดาวเช่นนี้เกิดขึ้นในยุคแรกๆของจักรวาลของเรา และเชื่อว่าเกิดมาพร้อมๆกัน วิวัฒนาการที่ต่างกันไปก็ขึ้นอยู่กับมวลที่มีมาแต่เดิมเท่านั้น
![]() |
| (ภาพที่ ๖๕) ภาพซ้ายเป็นภาพของกระจุกดาว M4 ที่ถ่ายด้วยกล้องดูดาวภาคพื้นดิน Kitt Peak Mational Observatory โดย M. Bolte (U. California, Santa Cruz) ความกว้างของภาพครอบคลุมระยะทางกว้างถึง ๔๗ปีแสง ภาพขวาถ่ายด้วยกล้องฮับเบิล ในระยะกว้าง ๐.๖๓ปีแสง โดย Harvey Richer(U. of British Columbia) และ NASA |


Copyright© 2000-2007, Vcharkarn.Com. All rights reserved.
|
คลิ๊กเพื่อดูสถิติ รับรองและสนับสนุนโดย |
![]() สสวท. |
![]() มูลนิธิ พสวท. |
![]() พสวท. |