|
๔ กลับสู่เสถียรภาพอีกครั้งหนึ่ง
แม้อานุภาพทำลายล้างของมันจะมีมากมายมหาศาล แต่ผลของ
Helium Flash กลับทำให้เกิดความสงบราบรื่นภายในดวงดาว มวลสารภายใน
ก็กลับคืนมาเป็นมวลสารที่มีพฤติกรรมอย่างก๊าซธรรมดาๆ คือ ร้อนก็ยืด
เย็นก็หด บีบก็ยุบ คลายก็พอง ไม่ดื้อด้าน ทำตัวหัวแข็งอย่างพวกที่มีภาวะ
degenerate อีกต่อไป แกนในของดาว จึงกลับคืนสู่สภาพสมดุลย์ที่เรียกว่า
hydrostatic equilibrium เพราะเมื่อมันรู้จักพองตัวออก ก็ได้มีการระบายความร้อน
อันเกิดจาก ปฏิกิริยารวมสามอัลฟ่า ไม่มีการอัดอั้นความร้อนไว้ตันใจกันต่อไป
เมื่อมาถึงช่วงนี้ ก็เป็นการสิ้นสุดการไต่ขึ้นบน กิ่งดาวยักษ์แดง
แต่หันหัวกลับตัวลงมา เพราะความสมดุลย์ที่ได้มา ทำให้ดาวหดตัวลง
และการระบายพลังงานออกอย่างคงที่ บวกกับพื้นที่ผิวลดน้อยลง กลับทำให้รักษาความร้อนภายในไว้ได้ดีขึ้น
อุณหภูมิพื้นผิวก็สูงขึ้น แต่แสงสว่างน้อยลง เพราะมันไม่ปล่อย
โฟตอน ออกไปมาก เหมือนตอนที่เป็นดาวยักษ์แดงเนื้อบางอยู่ ช่วงตอนนี้ในวิวัฒนาการของดวงดาว
เรียกว่า เป็นช่วง กิ่งนอน หรือ Horizontal branch เพราะมันทอดจากขวาไปซ้ายดังภาพ
ด้วยอุณหภูมิที่ทวีขึ้นเรื่อยๆ
|
|
| (ภาพที่ ๕๒) วิวัฒนาการสู่จุดดับของดวงดาว ในช่วงหลังจากวิถีหลักที่กลายเป็น
ดาวยักษ์แดง จนเกิด การระเบิดฉับพลันของฮีเลียม แล้วกลับสู่เสถียรภาพที่เผาผลาญฮีเลียม
ให้เป็นพลังงานใจแกนกลาง ในช่วง กิ่งนอน ภาพโดย ผศ Richard
W. Pogge (สงวนลิขสิทธิ์) |
๕ กลับกลายเป็นดาวยักษ์แดงครั้งที่สอง
การเผาผลาญ ฮีเลียม นั้น ดำเนินไปอย่างรวดเร็วมาก
เพราะมันใช้เชื้อมาก ให้พลังสูง เสถียรภาพในช่วงนี้ ก็อยู่ไปได้เพียงไม่กี่สิบล้านปี
ซึ่งนับว่าเป็นช่วงที่สั้นมาก เมื่อเปรียบเทียบกับอายุขัย ๑๐
พันล้านปี ของดาวขนาดนี้
เมื่อเผา ฮีเลียมไป อุณหภูมิของแกนในก็สูงขึ้นเรื่อยๆ
และก็เช่นเดียวกันกับที่เคยเป็นเมื่อตอนเผา ไฮโดรเจน ให้เป็น
ฮีเลียม ปฏิกิริยาสามอัลฟ่า เกิดผลลัพท์คือ คาร์บอน สะสมมากขึ้นเรื่อยๆในแกนกลาง
แต่ก็มีสภาพเป็น เถ้าถ่าน
เหมือนที่ ฮีเลียมเคยเป็นมาแล้ว เพราะแม้ว่า อุณหภูมิในแกนกลางจะสูงขึ้น
ในตอนนี้ จะสูงกว่า ๑๐๐ ล้านองศาไปมากแล้วก็ตาม แต่การที่จะก่อให้
คาร์บอน เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นขึ้นมาได้นั้น จะต้องได้รับพลังงานสูงมาก
คือจะต้องมีอุณหภูมิสูงถึง ๖๐๐ ล้านองศา คาร์บอนจึงจะติดไฟขึ้นมาได้
ซึ่งในดาวขนาดเล็ก เช่น ดวงอาทิตย์ของเรานั้น อุณหภูมิจะไม่มีวันสูงขนาดนั้น
เพราะมีมวลไม่พอ ที่จะบีบตัวยุบยวบลงมา ให้ร้อนขึ้นไปได้ถึงขั้นนั้น
ฉะนั้น ในเวลาไม่กี่สิบล้านปีหลังจากการเกิด Helium
Flash ดวงดาวก็จะเสียสภาพสมดุลย์ของ hydrostatic equilibrium
ที่คงขนาดของมันอยู่ แต่จะขยายตัวใหญ่ขึ้น อย่างในสมัยที่เคยเป็น
ดาวยักษ์แดง มาก่อน เพราะ แกนเถ้าคาร์บอน ที่สะสมขึ้นมาเรื่อยๆนั้น
ยังไม่ได้ก่อปฏิกิริยา สร้างพลังงานอะไรมาเสริม จึงหดตัวลงไปตามระเบียบ
เมื่อหดตัวลง ก็ไปเพิ่มอุณหภูมิขึ้นมา ทำให้ส่วนนอกของแกนร้อนพอที่จะเผา
ฮีเลียม ขึ้นมาได้ เมื่อมี ฮีเลียม มาเผาเพิ่มขึ้นนอกเหนือไปจาก
ไฮโดรเจน ในเปลือกนอกแล้ว ก็เหมือนมีตัวมาช่วยให้เร่งไฟให้แรงมากขึ้นอย่างรวดเร็ว
เนื้อในนอกแกน ก็ได้รับความร้อนมากขึ้นไปกว่าสมัยที่เป็น ดาวยักษ์แดง
ในยุคแรกมากนัก เพราะความร้อนที่สูงกว่ามาก ทำให้เนื้อในนอกแกน
ขยายตัวออกไปมากกว่ามากด้วยเช่นกัน จึงเป็นเหมือนอย่างที่เคยมาก่อน
คือ ดาวก็ไต่ขึ้นจาก กิ่งนอน ไปอีก เรียกกิ่งดิ่งขึ้นในช่วงนี้ว่า
Asymptotic Giant Branch หรือเรียกย่อๆว่า AGB เพื่อแยกช่วงชีวิตของดาวออกจากยุค
ดาวยักษ์แดง แรก เราเรียกดาวในช่วงนี้ว่า ดาวซุปเป้อร์ยักษ์แดง
(red supergiant) เพราะมันมีขนาดใหญ่กว่า และร้อนกว่ามาก
 |
| (ภาพที่ ๕๓) ภาพของ ดาวซุปเป้อร์ยักษ์แดง แกนในเป็น "เถ้า"
คาร์บอน ในขณะที่ฮีเลียมยังเผาผลาญในชั้นเปลือกนอกแกนใน
เปลือกชั้นต่อไปก็ยังเผา ไฮโดรเจน ก่อให้เกิด ฮีเลียม มาเป็นเชื้อเปลือกชั้นในต่อ
ภาพโดย Ted Snow และ Kenneth Brownsberger สงวนลิขสิทธิ์โดยสำนักพิมพ์
Brooks/Cole โปรดอ่าน * |
ในขณะที่ส่วนนอกของดาวขยายตัวออกไปเรื่อยๆ มวลจำนวนมาก
ก็ถูกโยนสาดออกไปในอวกาศ เพราะความบางเบาของเนื้อดาว ไม่สามารถรักษามวลไว้ได้ดีเท่าไร
เมื่อดาววิวัฒนามาถึงขั้นนี้ บ้างก็สลัดมวลออกไปถึง ๒๐-๔๐ %
ของมวลดั้งเดิมทีเดียว มวลที่เหลือส่วนใหญ่ ก็ไปอัดกันอยู่ในแกนกลางหมด
และยิ่งดาวร้อนมากเท่าไหร่ พายุที่โหมสาดมวลสารออกสู่อวกาศ ก็จะยิ่งแรงขึ้นไปเท่านั้น
 |
| (ภาพที่ ๕๔) เมื่อ เถ้าคาร์บอนสะสมมากขึ้นในแกนกลาง โดยที่อยู่เฉยๆยังไม่ติดไฟ
เพราะมันร้อนไม่พอนั้น ก็ทำให้แกนหดตัว แต่เนื้อดาวส่วนนอกกลับขยายตัวออกไปมาก
เมื่อดาวเนื้อบางลง ก็สุกสว่างมากขึ้น แต่อุณหภูมิพื้นผิวกลับเย็นลง
จึงเริ่มไต่ขึ้นในผัง เฮิรต์สปรัง_รัสเซิ่ลไปอีก ตามกิ่งที่เรียกว่า
AGB ขณะที่แกนยังหดตัวลงเรื่อยๆ เนื้อนอกของดาวก็ขยายตัวออกไปเช่นกัน
ภาพโดย Richard W. Pogge (สงวนลิขสิทธิ์) |
กลไกการสูญเสียมวลในช่วงนี้ ก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันมากนัก
อาจจะเป็นไปได้ว่า เป็นการโยนสาดมวลสารออกนอกอวกาศ ด้วยความเคลื่อนไหวของสนามแม่เหล็กของดวงดาว
เช่นเดียวกับ ดาวทีทอรี
หรือการเกิด พายุสุริยะ ที่เราเห็นจากดวงอาทิตย์ หรืออาจเนื่องมาจากความตึงผิวของดวงดาวลดน้อยลงมาก
เพราะเนื้อในนอกแกนมีความเบาบางลง แรงดันจาก โฟตอน ซึ่งเป็นผลของ
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใน ก็ผลักดันมวลสารส่วนหนึ่งให้หลุดออกไปด้วย
แต่ไม่ว่าสาเหตุจะเป็นมาอย่างไรก็ตามที ผลที่แน่ๆก็คือ ดาวซุปเป้อร์ยักษ์แดง
แม้จะมีขนาดใหญ่มาก แต่จะมีมวลน้อยกว่าตอนยังอายุน้อยอยู่มาก
ยิ่งแกนกลางร้อนมากเท่าไหร่ มันก็สูญมวลไปได้มากขึ้น และเร็วขึ้นเท่านั้น
 |
| (ภาพที่ ๕๕) เมื่อดาววิวัฒนาตัวไต่ขึ้นกิ่ง AGB นั้น จะมีลมพายุจากพื้นผิวดาวพัดพาผิวดาวเนื้อนอก
ออกไปสู่อวกาศ ไปรวมตัวกันกับฝุ่นธุลีระหว่างดาว เตรียมรอเพาะเชื้อก่อตัวเป็นดาวดวงใหม่ในอนาคต
เปลือกธุลีดาวก็มามัวแสงให้เราเห็นดาวได้ไม่ชัด แม้ว่าดาวช่วงนี้จะสว่างกว่าดวงอาทิตย์ถึง
หนึ่งหมื่นเท่า แต่เราก็เพียงจับพลังงานอินฟราเรด หรือพลังงานความร้อนของมันได้เท่านั้น
ภาพโดย ศจ James Schombert |
และการเผาผลาญ ฮีเลียม ให้เป็นพลังงานในเปลือกนอกของแกน
ก็ไม่สู้จะเสถียรเท่าใดนัก เพราะมันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิมาก และตอนนี้
ก็ใช่ว่าจะมีเชื้อเพลิงเหลือเฟือ แต่อุณหภูมิของดวงดาวในช่วงนี้จะขึ้นๆลงๆ
ยิ่งมีเถ้าคาร์บอนเฉื่อยเกิดขึ้นมากเท่าไร ความผันผวนของอุณหภูมิก็เกิดขึ้นมากเท่านั้น
เพราะทันทีที่การเผาผลาญลดลง จากการที่มีเชื้อเพลิงน้อยลง แกนก็จะหดและอุณหภูมิก็จะลดลง
เมื่อหดตัวลง แรงอัดทำให้มันร้อนขึ้น พอร้อนขึ้นได้ถึงจุด ฮีเลียม
บนเปลือกแกนที่อยู่ส่วนนอกออกมาหน่อย อันเป็นเถ้าของการเผาไฮโดรเจนที่เปลือกแกน
ก็ติดไฟขึ้นมา แล้วได้พลังงานมาเพิ่ม ทำให้เนื้อนอกของดาวพองตัวขึ้นมาอีก
สภาพของดวงดาวในตอนนี้ ก็พองๆหดๆสลับกันอยู่ตลอดเวลา ที่เรียกว่า
Thermal Pulse เนื้อนอกแกนของดวงดาว ไม่มีความเสถียรแบบ hydrostatic
equilibrium ดังในยุคแรกๆอีกต่อไปแล้ว ดาวที่มีมวลค่อนข้างมาก
การยืดและหดตัวส่งผลให้ความสว่างของดาวแปรเปลี่ยนจนเป็นที่สังเกตได้ไกล
เราก็สามารถนำคุณสมบัตินี้ มาใช้ประโยชน์ในการวัดระยะทางของดวงดาวได้อีก
กิ่งตอนนี้ในผังชีวิตดาว นอกจากจะเรียกเป็นทางการว่า Asymptotic
Giant Branch ในดาวที่มีมวลขนาดดวงอาทิตย์แล้ว สำหรับดาวที่มีมวลมากๆ
ก็เรียกว่า Instability Strip ดาวที่ยืดๆหดๆผันแปรแสง สว่างมากไปหาน้อยพวกนี้
ก็เรียกกันว่า Pulsating Variables จัดเป็น ดาวแปรแสง
ที่สำคัญมากชนิดหนึ่ง เพราะนักดาราศาสตร์ ได้อาศัยความสัมพันธ์ระหว่าง
คาบการแปรแสงอันคงที่ ของดาวพวกนี้ กับ ค่าความสุกสว่าง มาหาระยะทางจากดวงดาวได้
บทสรุปแห่งชีวิตดวงดาวที่มีมวลขนาดดวงอาทิตย์
ก็เป็นดังในภาพข้างล่าง ที่แกนในเผาไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียมในวิถีชีวิตหลัก
จนมาเป็น ดาวยักษ์แดง ที่แกนในเหลือแต่เถ้าฮีเลียม ได้แต่อาศัยพลังงานจากการเผาไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม
ที่เปลือกนอกของแกนใน จนกระทั่งเกิด การระเบิดฉับพลันของฮีเลียม
กลายเป็นดาวในกิ่งนอนที่เผาฮีเลียมในแกนใน และเผาไฮโดรเจนที่เปลือกแกน
จนกระทั่งฮีเลียมที่แกนในหมดสิ้นลง เหลือแต่ เถ้าคาร์บอน พลังงานของดาว
ได้แต่อาศัยจากการเผาเปลือกสองชั้นของแกน คือเปลือกในสุดเผาฮีเลียม
และเปลือกด้านนอกออกมาเผาไฮโดรเจน แกนคาร์บอนที่ไม่ก่อพลังงานอันใด
ก็จะหดตัวลงไปเรื่อยๆ ส่วนแกนนอก ที่ได้รับพลังงานจากการเผาเปลือกแกน
ก็จะขยายตัวออกไปเรื่อยๆ ทั้งสองส่วนของดวงดาวที่แยกจากกันก็
"หันหน้ากันคนละทาง สร้างดาวกันคนละดวง..." และในที่สุดต่างก็แยกห่างออกจากกันไป
อย่างไม่มีวันหวลคืนมาหากันดังเดิม
|
|
| (ภาพที่ ๕๖) การพัฒนาของดวงดาวที่มีมวลขนาดเดียวกับดวงอาทิตย์
ตั้งแต่เริ่มที่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใน จากดาวในวิถีหลักที่เผา
ไฮโดรเจน เป็น ฮีเลียม ในแกนกลาง ไปจนถึง ดาว AGB ที่ฮีเลียมหมดสิ้นไปในแกนกลาง
พลังงานทั้งสิ้นได้มาแต่จากการเผาเปลือกนอกแกน ส่วนแกนในก็เหลือแต่เถ้าคาร์บอนในที่สุด
ภาพโดย Profs Snow & Bownsberger |
ข้ามไปอ่านหน้า [1]
[2] [3]
[4] [5]
[6] [7]
[8] [9]
[10] [11]
|
