|
วิวัฒนาการเมื่อดาวออกนอกวิถีหลัก
๑ ดาวยักษ์แดง
เมื่อดาวเผาผลาญไปนานๆเข้า แม้มันจะมีมวลมากมายมหาศาล
หากเอาแต่ผลาญลูกเดียว ราวกับได้รับสมบัติมาจากมรดกเจ้าคุณปู่
เชื้อเพลิงนั้นก็มีวันหมดสิ้นไปได้เหมือนกัน เมื่อไฮโดรเจนเริ่มหมดสิ้นลงไปจากแกนกลาง
อันเป็นส่วนเดียวในดวงดาว ที่ร้อนพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้นั้น
ก็เป็นสัญญาณเตือนว่า อายุขัยวัยฉกรรจ์ของดวงดาวได้สิ้นสุดลงแล้ว
เป็นช่วงชีวิตที่ดาวจะผละตัวออกจากแกนวิถีหลัก ในผังเฮิร์ตสปรัง-รัสเซิล
แล้วก้าวเข้าสู่วัยชรา ที่มักจะเรียกว่า Off-main sequence stars
วิวัฒนาการของดาวหลังจากนี้ ก็เริ่มจะสลับซับซ้อนขึ้น แต่ชะตากรรมต่างๆนั้น
ถูกกำหนดไว้อย่างแน่นอนแล้วโดย มวล เมื่อเริ่มต้นชีวิตของมัน
ดวงดาวก็เช่นเดียวกับมวลสารทั้งหลายในจักรวาล ที่จะประพฤติตัวตามกฎทางฟิสิกส์
หากเราเข้าใจพื้นฐานทางธรรมชาติเช่นนั้น ก็ช่วยให้เราเข้าใจ
วัฏจักรชีวิตของดวงดาว
เหล่านี้ได้ดีขึ้น
 |
| (ภาพที่ ๔๑) เมื่อไฮโดรเจนในแกนกลางของดวงดาวถูกเผาผลาญหมดสิ้นไปแล้ว
ดาวจะเปลี่ยนลักษณะทางกายภาพอย่างเป็นระบบเหมือนกันหมด
ไม่ว่าจะเป็นดาวเล็กหรือดาวใหญ่ คืออุณหภูมิพื้นผิวจะลดลง
และความสุกสว่างจะมีมากขึ้น วิวิฒนาการตามผังเฮิร์ตสปรัง-รัสเซิ่ลก็คือ
ดาวจะผละตัวออกจากแกนหลัก ภาพโดย Profs Snow & Brownsberger
สงวนลิขสิทธิ์ โดยสำนักพิมพ์ Brooks/Cole |
ในชั่วเวลานับล้านๆ หรือพันๆล้านปี ที่ดวงดาวเฝ้าแต่เผาผลาญ
ไฮโดรเจน ในแกนกลางนั้น ผลลัพท์ที่ได้ คือ ฮีเลียม ที่เกิดขึ้นมา
ก็ไม่ไปไหน หากจะทับถมเพิ่มพูนขึ้นมาเรื่อย อยู่ภายในใจกลางแกนของดวงดาวนั่นเอง
แต่เพราะนิวเคลียสของ ฮีเลียม ใหญ่กว่า ไฮโดรเจน ถึงสี่เท่า
คือมีโปรตอนสี่ตัว แทนที่จะมีตัวเดียวอย่างไฮโดรเจน แรงผลักจากประจุไฟฟ้าบวกของแต่ละอนุภาค
ก็มีเพิ่มมากขึ้นไปสี่เท่าตามส่วน การที่จะให้ ฮีเลียม หลอมรวมตัวเข้า
เป็นเชื้อเพลิงปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้นั้น ก็ต้องอาศัยพลังงานมากกว่ามากมาฝ่า
กำแพงคูลอมบ์
คือต้องใช้พลังงานมากขึ้นไปสี่เท่า มาเอาชนะแรงผลักไฟฟ้าระหว่างฮีเลียม
เพื่อให้มันรวมตัวกัน
การที่จะให้นิวเคลียสของ ฮีเลียม มีแรงเอาชนะแรงผลักไฟฟ้า
ให้มาหลอมรวมตัวกันได้ ต้องอาศัยพลังงานสูงๆ เช่นจากสภาวะแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงมาก
มาจุดปฏิกิริยาเผาฮีเลียม โดยอุณหภูมิต้องขึ้นถึง ๑๐๐ ล้านองศา
จึงจะเกิด ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ที่หลอมฮีเลียมให้เป็นธาตุหนักขึ้นไปได้
แต่ดาวในระยะนี้ ยังร้อนไม่พอ อะตอมของฮีเลียมในแกนกลางจึงไม่ทำอะไร
ไม่ได้เกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงอะไรขึ้น นักดาราศาสตร์จึงเรียก
ฮีเลียม ในสภาพที่ไม่ทำอะไรนี้ ว่าเป็น เถ้าถ่าน ของเตาพลังงานที่มีไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง
เถ้าฮีเลียม นี้ ก็ถูกสะสมกันภายในแกนกลางของดวงดาวไปเรื่อยๆ
มาตั้งแต่เริ่มเกิดมี ปฏิกิริยาลูกโซโปรตอน-โปรตอน ขึ้นมา
 |
| (ภาพที่ ๔๒) แสดงแกนกลาง ที่เผาผลาญไฮโดรเจนจนหมดสิ้นลง
และกำลังยวบตัวเข้ามาด้วยแรงดึงดูด และเนื้อในไฮโดรเจนของดาวส่วนที่ติดกับแกน(สีเหลือง)
เมื่อแกนในหมดสิ้นไฮโดรเจน ฮีเลียม ซึ่งเป็น เถ้าถ่านของการเผาผลาญไฮโดรเจน
ก็จะหดตัวลงเพราะไม่มีพลังงานมาต้านแรงดึงดูด การหดตัวทำให้อุณภูมิสูงขึ้นไป
ไฮโดรเจนในเปลือกส่วนที่ติดกับแกนกลาง เมื่อได้รับอุณหภูมิสูงพอ
ก็ติดไฟเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ขึ้นมา แล้วเนื้อนอกที่ได้รับความร้อนมากขึ้นก็พองตัวออกมา
ภาพโดย ศ.ดร. James Schombert |
ดังที่กล่าวมาแต่แรกว่า แรงยุบยวบตัว จากแรงดึงดูดภายในของดาว
ได้ยื้อแย่งความเป็นจ้าวครองดวงดาวกันกับ แรงดันออก ด้วยพลังงานนิวเคลียร์
อย่างไม่ลดละมาตลอดชีวิตของดาว เมื่อไฮโดรเจนในแกนกลางหมดสิ้นลง
ฮีเลียม ในแกนใน ที่ไม่ได้ทำอะไรให้เกิดพลังงานขึ้นมา ก็ไร้แรงต้านการยุบตัวลงจากแรงดึงดูด
จึงหดตัวอัดกันลงมาเรื่อยๆ เมื่อก๊าซถูกอัด อุณหภูมิภายในก็สูงขึ้น
ทำให้ส่วนนอกที่ติดกับแกนกลาง ร้อนตามขึ้นไปด้วย จนกระทั่งในที่สุด
จึงร้อนพอที่จะทำให้ ไฮโดรเจน ที่อยู่นอกๆติดกับแกนกลาง เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ขึ้นได้
ในขณะที่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในใจกลาง ก็ดับลงหมดแล้ว เหลือแต่เถ้าฮีเลียมสะสมกันอยู่
ช่วงชีวิตระยะนี้ บางครั้งก็เรียกว่า ช่วงการเผาไฮโดรเจนที่เปลือกแกน
(Hydrogen-shell Burning) พลังงานที่ได้มาจากการเผาเปลือกแกนนี้
จะหยุดยั้งการทลายตัวลง และมาต่ออายุให้ดวงดาว เพราะทำให้ได้ก่อเกิดพลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์ขึ้นอีก
พอที่จะมายันไม่ให้ดาวยุบตัวลงมา แม้ว่าฮีเลียมในแกนกลาง จะยังหดตัวต่อไปอีก
ในขณะที่ส่วนเปลือกของแกน ที่ได้พลังงานมาจาก การเผาไฮโดรเจน
ก็พองตัวขึ้นด้วยอุณหภูมิสูง จากความหนาแน่นที่เพิ่มมากขึ้น
รัศมีของดวงดาว ก็ขยายออกไปทำให้มันใหญ่ขึ้น จึงเรียกดาวในช่วงชีวิตตอนนี้ว่า
ดาวยักษ์แดง
 |
| (ภาพที่ ๔๓) การเผาไฮโดรเจนที่เปลือกแกน (สีเหลืองในภาพ)
ที่ทำให้เนื้อดาวได้รับความร้อนเพิ่มขึ้น จึงขยายตัวใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ
ส่วน เถ้าฮีเลียม อยู่ในแกนกลาง ที่ไม่ก่อพลังงานใดๆก็หดตัวลง
ภาพโดย Ted Snow และ Kenneth Brownsberger ด้วยความเอื้อเฟื้อจาก
สำนักพิมพ์ Brooks/Cole เจ้าของลิขสิทธิ์ |
ดวงดาวขนาดประมาณดวงอาทิตย์ จะใช้เวลาเป็นดาวยักษ์แดงอยู่
๒-๓ ล้านปี โดยที่เปลือกนอกก็จะขยายตัวออกไปเรื่อยๆ ในขณะที่แกนกลางที่เป็น
เถ้าฮีเลียม ก็หดตัวลงเรื่อยๆ
เมื่อดาวมาถึงจุดนี้แล้ว หากมีบริวารโคจรใกล้เคียง
ดาวที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ก็จะกลืนกินดาวบริวารที่อยู่ใกล้ๆไปหมด
หากดวงอาทิตย์ของเรา วิวัฒนามาถึงจุดนี้ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ก็จะไม่เหลือซาก
เพราะจะถูกดึงไปรวมเป็นเนื้อดาวหมด โลกของเราก็ฉิวเฉียดเต็มที
แม้ไม่ได้ถูกดูดไปรวมเป็นเนื้อเดียวกับดวงอาทิตย์ อุณหภูมิบนโลกก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมากมายมหาศาล
น้ำ และบรรยากาศบนโลก ก็จะระเหยหายไปในอวกาศจนหมดสิ้น ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดๆจะเหลือรอดอยู่ได้
แต่กว่าดวงอาทิตย์จะมีสภาพเช่นนี้ ก็คงจะยังอีกนาน จึงขออย่าได้ตกใจกลัว
เพราะเรายังมีเวลาคิดแก้ปัญหากันอยู่ อีกมากพอสมควร (ห้าพันล้านปี
!!!)
 |
| (ภาพที่ ๔๔) เมื่อดาวยักษ์แดงกลืนลูกตัวเอง ผลจากการศึกษาวิจัยโดย
Dr. Mario Livio และ ดุษฎีบัณฑิตฝึกงาน Dr. Lionel Siess
ประเมินว่า หากดาวบริวารที่มีขนาดเท่าดาวพฤหัส ของดาวฤกษ์ที่กลายเป็นดาวยักษ์แดง
โคจรอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ จนถูกกลืนไปเมื่อดาวกลายเป็น ยักษ์แดง
นั้น มวลที่ถูกกลืนเข้าไป จะทำให้ ดาวฤกษ์ จะเปล่งรังสีอินฟราเรดออกมาให้วัดได้
จึงสามารถนำมาเป็นตัวชี้ว่า ดาวยักษ์แดง ดวงใด ได้กลืนกินดาวบริวารขนาดใหญ่
ของตัวเองไปแล้ว ภาพโดย Space Telescope Science Institute
(STScI) |
เมื่อดวงดาวมาถึงจุดนี้ของชีวิต มันจะมีขนาดใหญ่มาก
ดาวขนาดดวงอาทิตย์ จะขยายขึ้นถึง ๗๐ เท่าของขนาดเดิม แต่แกนเถ้าฮีเลียมภายในนั้น
จะเล็กมาก โดยมีขนาดเพียง ๑ ในพันเท่าของดาวทั้งดวงเท่านั้น
แกนในที่หดลงเรื่อยๆดังที่กล่าวมา จะมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นมาก
แม้จะมีขนาดเล็ก แต่จะมีมวลมาก ปริมาตร ๑ ลูกบาศก์เมตรของแกนใน
จะหนักถึง ๑๐๐ ล้านกิโลกรัม ในทางกลับกัน ขณะที่เนื้อดาวนอกแกนที่ขยายพองออกไปนั้น
จะกลับบางเบาลงไปกว่าแกนมาก โดยจะหนักเพียง ๑ กรัม ต่อปริมาตรเนื้อดาว
๑ ลูกบาศก์เมตรเท่านั้นเอง (ในปริมาตรเดียวกัน โลกของเราจะมีน้ำหนักเฉลี่ย
๕๐๐๐ กิโลกรัม) ดังนั้น ๒๕ เปอร์เซ็นต์ของมวลสารทั้งหมดของดาวยักษ์แดง
จะมาอัดแน่นกันอยู่ในแกนกลาง ที่มีขนาดใหญ่กว่าโลก ไม่กี่เท่าเท่านั้นเอง
ดาวยักษ์แดง ที่เป็นที่รู้จักกันดี คือ ดาวบีเติ้ลจุ๊ยส์
(Betelgeuse) ใน กลุ่มดาวนายพราน ซึ่งนับเป็นดาวที่สว่างมากดวงหนึ่ง
แม้จะอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางร่วม ๕๐๐ ปีแสง เราก็ยังมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
เพราะดาวดวงนี้ มีความสว่างกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง หนึ่งหมื่นเท่า
 |
| (ภาพที่ ๔๕) ดาว Betelgeuse ซึ่งเป็นดาวยักษ์แดง อยู่บนไหล่ขวาใน
กลุ่มดาวนายพราน ถ่ายด้วยกล้องรังสีอุลตร้าไวโอเล็ต บนยานฮับเบิล
มีขนาดใหญ่มาก หากเทียบกับระบบสุริยะจักรวาลของเราแล้ว บรรยากาศชั้นนอกจะเกินเลยวงจรของ
ดาวพฤหัสไปอีก ภาพโดย Andrea Dupree (Harvard-Smithsonian
CfA), Ronald Gilliland (STScI), NASA and ESA |
ข้ามไปอ่านหน้า [1]
[2] [3]
[4] [5]
[6] [7]
[8] [9]
[10] [11]
|
