ดาว

ดาวฤกษ์
จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ดาวฤกษ์ คือวัตถุท้องฟ้าใน อวกาศที่เป็นก้อนแก๊สมวลมหาศาล ดาวฤกษ์ปรากฏเป็นจุดแสงในท้องฟ้าเวลากลางคืน เราเห็นแสงดาวกะพริบ จากผลของปรากฏการณ์ในบรรยากาศโลก และการที่ดาวฤกษ์อยู่ห่างไกลจากเรามาก ยกเว้นกรณีของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ดวงเดียวที่อยู่ใกล้โลกมาก จนปรากฏเป็นดวงกลมโตให้แสงสว่างในเวลากลางวัน

ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดยกเว้นดวงอาทิตย์ คือ ดาวพร็อกซิมาคนครึ่งม้า อยู่ห่าง 39.9 ล้านล้านกิโลเมตร = 4.2 ปีแสง = 1.29 พาร์เซก หมายความว่าแสงจากดาวพร็อกซิมาคนครึ่งม้าใช้เวลาเดินทาง 4.2 ปี จึงมาถึงโลก

นักดาราศาสตร์ประมาณว่ามีดาวฤกษ์อย่างน้อย 7 × 1022 ดวงในเอกภพ หรือ 70,000,000,000,000,000,000,000 ดวง มากกว่า 230,000 ล้านเท่าของดาวฤกษ์ 300,000 ล้านดวงในดาราจักรทางช้างเผือกของเราเอง

ดาวฤกษ์จำนวนมากมีอายุระหว่าง 1,000 - 10,000 ล้านปี บางดวงมีอายุเกือบ 13,700 ล้านปี ซึ่งเป็นอายุโดยประมาณของเอกภพ (ดู ทฤษฎีบิกแบงและวิวัฒนาการของดาวฤกษ์) ดาวฤกษ์มีขนาดตั้งแต่เล็กกว่าเมืองๆ หนึ่งอย่างดาวนิวตรอน (ซึ่งอาจกล่าวว่าเป็นดาวที่ตายแล้ว) ไปจนถึงดาวยักษ์ใหญ่อย่างดาวเหนือ (ดาวโพลาริส) และดาวบีเทลจุสในกลุ่มดาวนายพราน ที่มีขนาดประมาณ 1,000 เท่าของดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ดาวขนาดใหญ่จะมีความหนาแน่นน้อยกว่าดวงอาทิตย์มาก ดาวฤกษ์ที่มีมวลสูงที่สุดดวงหนึ่ง คือ ดาวอีตากระดูกงูเรือ มีมวล 100-150 เท่าของมวลดวงอาทิตย์

วิทยาศาสตร์นิยามว่าดาวฤกษ์ คือ ทรงกลมพลาสมาที่คงอยู่ได้ด้วยความโน้มถ่วงของตัวเอง มีความสมดุลของความดัน (hydrostatic equilibrium) ผลิตพลังงานด้วยกระบวนการการหลอมนิวเคลียส พลังงานที่เกิดขึ้นในดาวฤกษ์แผ่ไปในอวกาศโดยการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ส่วนใหญ่เป็นแสงสว่างที่มองเห็นได้) อยู่ในรูปของกระแสนิวตริโน ความสว่างปรากฏของดาวฤกษ์บอกด้วยโชติมาตรปรากฏ ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดที่เห็นปรากฏบนท้องฟ้าโดยไม่นับดวงอาทิตย์ คือ ดาวซิริอุส หรืออีกชื่อคือดาวโจร อยู่ในกลุ่มดาวสุนัขใหญ่ ส่วนดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดที่มองไม่เห็นเคยเชื่อว่าคือดาวปืน แต่ในปัจจุบันพบว่ามีดาวLBV 1806-20ที่สว่างมากกว่า

ดาราศาสตร์ดาวฤกษ์ คือ การศึกษาดาวฤกษ์และปรากฏการณ์ในรูปแบบและช่วงต่างๆ ของวิวัฒนาการของดาว ดาวฤกษ์จำนวนมากผูกยึดด้วยแรงโน้มถ่วงกับดาวฤกษ์ดวงอื่น ทำให้เกิดดาวคู่ หากมีดาวจำนวนมากในระบบเดียวกันเรียกว่ากระจุกดาว ดาวฤกษ์ไม่ได้กระจัดกระจายไปทั่วทุกพื้นที่ของเอกภพ แต่รวมกลุ่มกันเป็นดาราจักร (กาแล็กซี) โดยทั่วไปแต่ละดาราจักรมีดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวง


สีของดาวฤกษ์

นักวิทยาศาสตร์พบว่าสีของดาวฤกษ์มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิพื้นผิวของดาว ฤกษ์นั้นๆ โดยดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำ จะมีสีแดง ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอุณภูมิพื้นผิวสูงจะมีสีน้ำเงิน นอกจากนี้ในกรณีที่ดาวฤกษ์นั้นไม่ใช่ดาวยักษ์ ขนาดของดาวฤกษ์ก็จะเกี่ยวข้องกับสีของดาวเช่นกัน โดยดาวฤกษ์มวลมากจะมีสีน้ำเงิน ส่วนดาวฤกษ์มวลน้อยจะมีสีแดง

การแบ่งสีของดาวฤกษ์

สีของดาวฤกษ์แบ่งได้เป็น 7 ระดับ คือ O-B-A-F-G-K-M มีวิธีการจำง่ายๆ คือ "Oh Be A Fine Girl(Guy) Kiss Me"
ระดับ สี
O สีน้ำเงิน
B สีน้ำเงินแกมขาว
A สีขาว
F สีขาวแกมเหลือง
G สีเหลือง
K สีส้ม
M สีแดง

สำหรับดวงอาทิตย์ของเรา ถูกจัดอยู่ในกลุ่มดาวฤกษ์สีเหลือง

ชีวิตดาวฤกษ์

ก่อเกิดดาวฤกษ์
จุดกำเนิดของดาวฤกษ์ มาจาก เนบิวลา ซึ่งเป็นกลุ่มก๊าซเบาบางที่ล่องลอยอยู่ตามห้วงอวกาศ เหล่าเนบิวลานี้ บางครั้งก๊าซจะเกิดการรวมตัวกันเป็นหย่อมก๊าซที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น และจากหลักการฟิสิกส์ วัตถุและธาตุทุกชนิดจะมีแรงโน้มถ่วงของตนเอง ทำให้เหล่าก๊าซที่แม้มีแรงโน้มถ่วงน้อย แต่เมื่อมารวมตัวกัน ทำให้แรงโน้มถ่วงรวมกัน เกาะกันเป็นกลุ่มก๊าซภายในเนบิวลา

และการรวมตัวกันเช่นนี้ ทำให้กลุ่มก๊าซ ที่เป็นกลุ่มก๊าซที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ซึ่งความหนาแน่นจะส่งผลให้ก๊าซร้อนมากขึ้น การรวมตัวในขึ้นตอนนี้อาจใช้เวลามากกว่า 10 ล้านปี หรืออาจใช้เวลาน้อยกว่า 1 แสนปี ก็เป็นไปได้

และเมื่อเวลาผ่านไป ก๊าซจะทับถมหนาแน่นจนความร้อนภายในแผ่ออกมาไม่ได้ ซึ่ง ณ จุดนี้ หากมวลสารของกลุ่มก๊าซไม่เพียงพอ ความร้อนจะทำให้กลุ่มก๊าซขยายตัวออก และกระจายกลับออกไป แต่หากมวลสารของก๊าซมีมากพอ แรงโน้มถ่วงจะมีมากพอที่จะต้านความร้อนเอาไว้ ทำให้ก๊าซไม่กระจายกลับออกไป และทำให้อุณหภูมิของกลุ่มก๊าซสูงขึ้นเรื่อยๆ และพยายามดึงก๊าซใกล้ๆ เข้ามาร่วมอย่างต่อเนื่อง จนกลุ่มก๊าซเริ่มสว่างและมองเห็นได้ กลุ่มก๊าซที่ผ่านบททดสอบมาถึงจุดนี้ เรียกว่า "โปรโตสตาร์"

โปรโตสตาร์

เมื่อกลุ่มก๊าซรวมตัวมาถึงขั้นโปรโตสตาร์ จะยุบตัวลงมากขึ้นอีก เริ่มดูดมวลสารจากอวกาศเข้ามาอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดเป็นจานรวมมวลรอบๆโปรโตสตาร์ ทำให้โปรโตสตาร์มวลสารเพิ่มขึ้น แกนกลางร้อนและเรืองแสงเพิ่มขึ้น และเริ่มหมุนรอบตัวเอง

จนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับหนึ่ง โปรโตสตาร์จะปล่อยอนุภาคพลังงานสูงออกมาโดยรอบ และจะรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ จนเห็นเป็นลำอนุภาคพลังงานสูง พ่นออกมาจากโปรโตสตาร์

ในจุดนี้ หากมวลของโปรโตสตาร์มีน้อยกว่าร้อยละ 8 ของดวงอาทิตย์ โปรโตสตาร์จะไม่สามารถยุบตัวจนมีอุณหภูมิสูงพอที่จะจุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ จึงเย็นลง ดับลง กลายเป็นดาวเคราะห์ธรรมดา ซึ่งดาวพฤหัสบดี ก็เคยมีลักษณะคล้ายโปรโตสตาร์ แต่ก็เย็นลงกลายเป็นดาวเคราะห์ เพราะมีมวลเพียงร้อยละ 0.1 ของดวงอาทิตย์เท่านั้น น้อยเกินไป

ในจุดนี้ หากโปรโตสตาร์หมุนรอบตัวเองเร็วเกินไป โปรโตสตาร์จะถูกแรงเหวี่ยงของตนแยกดาวออกเป็นสองส่วน ทำให้กลายเป็นดาวฤกษ์คู่ ที่จะโคจรรอบกันและกัน

ในจุดนี้ หากมวลของโปรโตสตาร์มีมากกว่า 100 เท่าของดวงอาทิตย์ โปรโตสตาร์จะยุบตัวจนทำให้เกิดความร้อนขึ้นอย่างมหาศาลเกินจะรับ โปรโตสตาร์ จะระเบิดออกในทันที

ส่วนโปรโตสตาร์แบบปกติทั่วไป จะยุบตัวจนกระทั่งใจกลางมีอุณหภูมิประมาณ 10 ล้านองศาเซลเซียส โปรโตสตาร์จะจุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันของธาตุไฮโดรเจน ทำให้โปรโตสตาร์เริ่มแผ่พลังงานนิวเคลียร์ออกมา กลายเป็นดาวฤกษ์โดยสมบูรณ์

ในช่วงปกติ

ในจุดนี้ จะเริ่มสามารถทำนายอนาคตของดาวฤกษ์ได้ จากมวลเริ่มต้น (มวลสารในช่วงแรกๆ หลังจุดฟิวชัน เพราะดาวฤกษ์ทุกดวงจะเบาลงวินาทีละหลายล้านตันจากการเกิดปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชัน จึงยึดมวลสารที่ดาวฤกษ์มีในช่วงแรกเป็นหลัก) ซึ่งนักดาราศาสตร์ ได้จำแนกชนิดของดาวฤกษ์ตามมวลสารได้ 3 ชนิดดังนี้

* ดาวฤกษ์มวลน้อย (Low Mass Star) มีมวลเริ่มต้น ร้อยละ 8 ถึง 2 เท่า ของมวลดวงอาทิตย์
* ดาวฤกษ์มวลปานกลาง (Intermediate Mass Star) มีมวลเริ่มต้น 2 เท่า ถึง 8 เท่า ของมวลดวงอาทิตย์
* ดาวฤกษ์มวลมาก (High Mass Star) มีมวลเริ่มต้น 8 เท่า ถึง 100 เท่าของมวลดวงอาทิตย์

ซึ่งดาวฤกษ์ยิ่งมวลมากขึ้น อายุขัยจะยิ่งสั้นลง ซึ่งดาวที่มวลเริ่มต้นเท่ากัน อายุขัยและลำดับเหตุการณ์ในชีวิตอย่างต่างๆ จะใกล้เคียงกันมาก โดยดาวที่มีมวล ร้อยละ 10 ของดวงอาทิตย์ จะมีอายุขัยทั้งสิ้นประมาณ 1,000,000 ล้านปี แต่ดาวฤกษ์ที่มีมวลเริ่มต้นประมาณ 60 เท่าของดวงอาทิตย์ จะเหลืออายุขัยเพียง 3 ล้านปีเท่านั้น

ณ จุดนี้ คือดาวฤกษ์อยู่ในช่วงลำดับหลัก ซึ่งดาวฤกษ์กว่าร้อยละ 90 บนท้องฟ้ากำลังอยู่ในลำดับหลัก ซึ่งในช่วงนี้ พลังงานที่ดาวฤกษ์สร้างได้จะมากจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งจะเป็นปฏิกิริยาที่เปลี่ยนธาตุ ไฮโดรเจน ในแกนกลางดาวให้เป็น ฮีเลียม แต่จะมีมวลจำนวนหนึ่งที่จะสลายไปในระหว่างการเกิดนิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งมวลสารเหล่านั้นจะกลายเป็นพลังงานมหาศาลที่ทำให้ดาวฤกษ์ส่องสว่าง แต่ปฏิกิริยานี้ จะเกิดกับไฮโดรเจนที่อยู่ในแกนกลางเท่านั้น ไฮโดรเจนนอกแกนกลาง จะมีอุณหภูมิไม่ร้อนพอที่จะเกิดปฏิกิริยาได้

แต่เมื่อเวลาผ่านไป เมื่อแกนกลางของดาวไม่เหลือไฮโดรเจนแล้ว เพราะถูกเปลี่ยนสภาพเป็นฮีเลียมจนหมด ดาวจะเริ่มก้าวเข้าสู่วัยชรา

วัยชรา และจุดจบของดาวฤกษ์

เมื่อไฮโดรเจนในแกนกลางหมด ดาวจะเย็นลง และยุบตัวลง ไฮโดรเจนรอบๆแกนกลางจะถูกอัดรวมตัวกันเป็นชั้นบางๆ เคลือบแกนกลางฮีเลียม และเมื่อดาวยุบตัวลงเรื่อยๆ ดาวจะร้อนขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อบริเวณรอบนอกแกนกลาง มีอุณหภูมิครบ 10 ล้าน องศาเซลเซียส ไฮโดรเจนที่ถูกอัดเป็นชั้นบางๆ นี้ จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งการที่ฟิวชันมาเกิดที่รอบนอกแกนกลาง ซึ่งลึกน้อยกว่า ทำให้พลังงานส่งมายังพื้นดาวมากขึ้น เร็วขึ้น ซึ่งปฏิกิริยาแบบนี้ เรยกว่า "ฟิวชันเปลือกไฮโดรเจน" ดาวจึงร้อนขึ้น และพองตัวออกถึง 100-1,000 เท่า มีสีแดงเรื่อขึ้น เรียกว่า "ดาวยักษ์แดง"

ฟิวชันเปลือกไฮโดรเจน จะเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมซึ่งหนักกว่า ทำให้ฮีเลียมที่ได้ จมลงจากชั้นเปลือกแกนกลาง ไปที่แกนกลาง ทำให้แกนกลางหนักขึ้น แต่ไม่ขยายตัวมากนัก (เพราะมีเปลือกไฮโดรเจนดันไว้) ทำให้แกนกลางมีความดันสูงขึ้น ซึ่งจะทำให้แกนกลางร้อนขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อแกนกลางที่เต็มไปด้วยฮีเลียมมีอุณหูมิสูงครบ 170 ล้านองศาเซลเซียส ฮีเลียมในแกนกลางจะเกิดนิวเคลียร์ฟิวชันขึ้น (เปลี่ยนฮีเลียมเป็นคาร์บอน และมวลส่วนหนึ่งสลายเป็นพลังงานระหว่างการเกิดปฏิกิริยา)

ดาวจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันในฮีเลียมและไฮโดรเจนต่อไปได้อีกหลายสิบล้านปี จนกระทั่งฮีเลียมในแกนกลางหมด แกนกลางมีแต่คาร์บอน และชั้นเปลือกไฮโดรเจนที่เกิดฟิวชันอยู่จะบางลง ทำให้ฟิวชันเปลือกไฮโดรเจนเกิดน้อยลง ดาวจึงเย็นลงอีกครั้ง เหตุการณ์ซ้ำรอยจึงเกิดอีกครั้ง นั่นคือ ดาวยุบตัว อัดฮีเลียมที่อยู่รอบๆนอกแกนกลาง ให้มาเป็นเปลือกนอกแกนกลาง แต่ด้วยความที่ฮีเลียมหนักกว่าไฮโดรเจน ฮีเลียมที่ถูกอัดลงมาจึงจมผ่านชั้นเปลือกไฮโดรเจนลงไปเป็นเปลือกชั้นใน ส่วนชั้นเปลือกไฮโดรเจนเดิมก็เป็นเปลือกชั้นนอก

แล้วฟิวชันเปลือกไฮโดรเจนที่ยังเหลืออยู่ ก็จะเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม แล้วฮีเลียมที่ได้ก็จมลงมาในชั้นเปลือกฮีเลียม แล้วชั้นฟิวชันเปลือกฮีเลียม ก็เปลี่ยนฮีเลียมเป็นคาร์บอน แล้วคาร์บอนก็จมลงไปที่แกนกลาง แกนกลางร้อนขึ้น

ในกรณีนี้ หากเป็นดาวฤกษ์มวลน้อย ดาวจะเบา ไม่สามารถยุบตัวจนแกนกลางร้อนครบ 600 ล้านองศาเซลเซียส เพื่อจะจุดฟิวชันของคาร์บอนได้ ดาวจึงยุบตัวลงอย่างต่อเนื่องจนอุณหภูมิสูงขึ้นถึงจุดที่เกินพอดีเมื่อเทียบ กับมวล ดาวขยายตัวพองออกมาก แล้วสารนอกแกนกลางก็ลอยกระจายออกไป ทิ้งแกนกลางไว้ แกนคาร์บอนจะร้อนอยู่สักพัก ก็เย็นตัวลงและมืดสนิท กลายเป็น "ดาวแคระขาว"

แต่ถ้าเป็นดาวฤกษ์มวลปานกลาง ดาวจะหนักพอที่จะยุบตัวจนแกนกลางร้อนครบ 600 ล้านองศาเซลเซียส จุดฟิวชันของคาร์บอนขึ้นได้ มันจะเปลี่ยนคาร์บอนเป็นออกซิเจนและนีออน ทำให้แกนกลางเต็มไปด้วยออกซิเจนและนีออน แล้วจึงยุบตัวลงจนร้อนเกินสมดุลของมวล และขยายตัวออก แล้วกระจายออกไป แกนที่เต็มไปด้วยออกซิเจนและนีออนกลายเป็นดาวแคระขาว แต่กระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าดาวฤกษ์มวลน้อย

และถ้าเป็นดาวฤกษ์มวลมาก ดาวจะสามารถยุบตัวจนร้อนครบ 1,500 ล้านองศาเซลเซียส และจุดฟิวชันของนีออนได้ และเกิดฟิวชันเปลือกเพิ่มขึ้นอีกหลายชั้น โดยในช่วงท้ายๆ ของชีวิตดาวฤกษ์มวลมาก จะมีฟิวชันเปลือกถึง 7 ชั้น โดยเริ่มจาก ไฮโดรเจน , ฮีเลียม , คาร์บอน , ออกซิเจน , นีออน , แมกนีเซียม และซิลิคอน จากชั้นนอกไปชั้นในตามลำดับ

ในที่สุด ดาวฤกษ์ก็จุดฟิวชันไปเรื่อยๆ จนสุดท้าย ก็เกิดธาตุเหล็กขึ้น ซึ่งเหล็ก ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้เลย ไม่ว่าอุณหภูมิจะสูงเพียงใด ดังนั้น เมื่อแกนดาวที่เป็นเหล็กมีความกดดันเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยที่อุณหภูมิไม่สามารถทำอะไรได้ จนเมื่อความดันเพิ่มขึ้นจนถึงจุดวิกฤติ แกนกลางจะยุบตัวลง และมวลของดาวจะอัดแกนกลางจนเหลือขนาดไม่กี่สิบกิโลเมตร แกนกลางจะปล่อยพลังงาน(ความร้อน) ที่มีอยู่ออกมาเป็นจำนวนมาก มากกว่าพลังงานที่ดาวแผ่ออกมาทั้งชีวิตรวมกันเสียอีก ซึ่งพลังงานมหาศาลเหล่านี้ แผ่ออกไปในตัวดาวอย่างรวดเร็ว และทำให้ดาวฤกษ์ระเบิดออกในทุกทิศ เปล่งแสงสว่าง ความร้อนและความดันมหาศาลในการระเบิดทำให้เกิดโลหะหนัก เช่น ปรอท ทองคำได้

ดาวระเบิดออก จะฉีกดาวออกทั้งดวง และสาดออกไปในห้วงอวกาศด้วยความเร็วกว่า 10,000 กิโลเมตรต่อวินาที การระเบิดแบบนี้เรียกว่า "ซูเปอร์โนวา" และแกนกลางจากดาวฤกษ์มวลมาก เรียกว่า "ดาวนิวตรอน" หรือหากดาวฤกษ์ที่ระเบิดมีมวลมากกว่า 18 เท่าของดวงอาทิตย์ แกนกลางจะยุบตัวลงจนมีขนาดเป็น 0 มีมวลเป็นอนันต์ (Infinity) หรือที่เรียกกันว่า "หลุมดำ"

และสารที่ไม่ใช่แกนกลางที่หลุดมาจากการล่มสลายของดาวฤกษ์นั้น ก็กลับสู่การเป็น "เนบิวลา" รอการกำเนิดใหม่ อีกครั้ง