ชีวิตความลับของดวงดาว ตอน : The End of Stars [หน้า 2 /4]

ชีวิตความลับของดวงดาว ตอน : The End of Stars [หน้า 2 /4]

การแสดงตนเป็น Red giant star ของดวงอาทิตย์ มีผลกระทบสู่ระบบข้างใกล้

แสดงตนเป็น ดาวยักษ์สีแดง Red giant stage การหลอมละลายของ Hydrogen เป็นตัวก่อให้เกิดพลังงานความร้อน ที่จะรักษา สมดุลยเพื่อความอยู่รอดของชีวิตดวงดาว ถึงเวลาหนึ่งแล้ววัตถุดิบหมดไปเปรียบ เหมือนขาดเชื้อเพลิง จึงหยุดการหลอมละลาย แต่ดวงดาวยังต้องดิ้นรนต่อสู้ การที่จะต้องอยู่รอด เมื่อแกนในไม่สามารถต้านทานแรงดึงดูดได้หดตัวลง ฉะนั้น การรักษาสมดุลยเริ่มเกิดเผาไหม้ผุดขึ้นสู่ด้านนอกที่มีก๊าซเหลืออยู่ เป็นขบวนการ เผาไหม้ข้ามชั้น ขนาดดาวเริ่มต้นขยายตัวใหญ่ขึ้น เรียกว่า Subgiant เวลาต่อมาการเผาไหม้ก็ยังดำเนินอย่างไม่ลดละ ด้วยจำนวนของก๊าซภายนอก ยังเพียงพอ รังสีของแสงสว่างจากดาวนั้น ค่อยๆเพิ่มขนาดขึ้นไปอีกจากการเผา ไหม้ภายนอก ปรากฏการณ์นี้ เรียกว่า Red giant หากเกิดกับดวงอาทิตย์แล้ว จะมีขนาดใหญ่ขึ้นไปอีกมากกว่า 100 เท่าจากรัศมี มีแสงสว่างมากกว่า 1,000 เท่า จากปัจจุบันวันนี้ สิ่งที่จะพบคำตอบภายในโครง สร้างของดวงอาทิตย์ จากการขยายตัวเป็นขนาดที่ใหญ่โตขึ้น เพราะหลังจาก Hydrogen หมดไปเพราะนำไปผลิต Helium และ Helium คือต้นเหตุ เถ้าถ่าน (Ash) เศษซากเหลือจากการหลอมละลาย ก่อนหน้านี้ ก๊าซที่ล้อมรอบอยู่ มีแต่ Hydrogen บริสุทธิ์ มากมายอุดมสมบูรณ์ การหลอมละลายไม่เคยย้อนกลับ ด้วยสมดุลยของระบบ และมี Hydrogen ห่อหุ้ม เป็นเปลือกของแกนอยู่ แต่เมื่อถึงระยะนี้ เปลือกของ Hydrogen ก็ถูกเผาไปด้วย เรียกว่า Hydrogen shell burning จนร้อนเท่ากับแกนกลางภายใน จึงทำให้เกิด แสงสว่างอย่างมากมายขึ้น ระบบภายในไม่สามารถรักษาสมดุลย เก็บรักษาพลังงานไว้ได้ เพราะมีขนาดที่ มหาศาลขึ้นตามลำดับ เปรียบได้เป็นความร้อนที่ถูกสร้างขึ้นมาใหม่สะสมทวีคูณ ถูกผลักออกสู่ภายนอก เราจึงเห็นขนาดการขยายตัวขึ้นของดาว โดยเป็นปฏิกิริยา ของมวลที่หดตัวในส่วนลึก จากเศษซากซึ่งเหลืออยู่ภายในแกน

การเกิด Red giant star ระบบภายใน จะเปลี่ยนไปจากเดิมจากการหลอมละลาย

เวลาที่ผ่านพ้นไป การขยายตัวเกิดขึ้นอย่างสุดขั้ว จากการเผาไหม้หลอมละลาย เศษซากของ Helium ภายในแกนกลางเรียกว่า Helium-burning star โดยมีการ ตอบสนองความร้อนตามอัตราการหลอมละลาย กระทั่งอัตราดังกล่าวเริ่มลงถอยลง ใกล้เวลาที่จะไม่มีสิ่งใดเหลืออีกภายในแกน พลังงานอำนาจแรงดึงดูด จะกระชากตัวให้หดเล็กลง เกิดความหนาแน่นของมวล วัตถุและความร้อนสูง ขนาดของดาวจะเล็กลงตาม เศษซากของเถ้าถ่าน Helium เกาะกันกลับสู่แกนใน เป็นวงจรที่เกิดขึ้นอย่างเลวร้ายเพราะระบบทั้งหมดกำลังจะ ยุติลงเรื่อยๆ การหลอมละลายดำเนินต่อไป ลุกลามสู่ชั้นนอกถัดขึ้นมา การเผาไหม้ Hydrogen shell burning ลดถอยลง ไม่ช้านานต่อมา Helium ภายในแกนกลาง ก็หมดลง เช่นกันและยังมีความร้อนสูงอยู่ คงเหลือแต่แกนที่ถูกเผาไหม้ของ Carbon core จึงเริ่มต้นการเผาไหม้ขึ้นใหม่เป็นครั้งที่ 2 ลุกลามสู่ Hydrogen shell burning อีก ครั้ง เรียกว่า Double shell-burning red giant อย่างไรก็ตามองค์ประกอบที่จะตอบสนองกัน ขึ้นอยู่กับขนาดของแกนกลางภาย ในและเปลือก โดยวัดความร้อนได้ราว 100 ล้าน Kelvin เป็นอัตราที่เพียงพอใน การเริ่มต้นให้เกิดพลังงานอำนาจแรงดึงดูด สู่ด้านบนของผิวพื้นได้ ช่วงการเกิดเราสามารถเห็น Stellar wind (พายุระหว่างดวงดาว) จาก Red giant มีความหนาแน่นของสสารมากกว่า Solar wind (พายุสุริยะ) แต่พัดผ่านในอัตรา เชื่องช้ากว่า Solar wind สำหรับ Low-mass stars อื่นๆทั่วไป การเปลี่ยนวัยสู่ Red giant เป็นไปเหมือน ดวงอาทิตย์ของเรา ด้วยระยะเวลาขึ้นอยู่กับมวลสสาร โดยดวงดวงอาทิตย์ใช้ เวลาช่วงจะผ่านวัยนี้ ราว 10 พันล้านปี ส่วน Red giant เกิดขึ้นเก่าแก่ ครั้นดึกดำบรรพ์ของจักรวาลใช้เวลา 14 พันล้านปี บางกรณี Very Low-mass stars มวลน้อยเกินไปไม่สามารถเกิดความร้อนเพียง พอในการเผาไหม้หลอมละลาย Helium ได้ ก็จะยุบตัวลงอย่างทุกลักทุกเล ด้วย ความกดดัน เป็น Helium white dwarf (ดาวแคระขาวฮีเลียม)

Stellar wind

แสดงตนเมื่อใกล้ถึงวาระสุดท้าย Last gasps หลังจากมวลสสารของดาว ถูกเผาไหม้ จาก Hydrogen สู่ Helium แล้วไม่ได้ยุติ เพียงนั้น แกนกลางที่เหลืออยู่ของ Helium ทั้งหมดกลายเป็น Carbon เต็มไป ด้วยผงเถ้าถ่านที่หนาอัดแน่น สำหรับดวงอาทิตย์ หลังจากการเผาไหม้ Core helium ไปแล้ว 1,000 พันล้านปี ก็หมดกำลังลง หมดสิ้นจุดสมดุลย แกนในที่เหลือแต่ เถ้าถ่านของ Carbon จะอยู่ ภายใต้อัดบีบจากแรงดึงดูด อย่างสงบนิ่งรอเวลาอย่างใจเย็น กับสิ่งที่จะเกิดกับตน ในอนาคตถัดจากนี้ Low-mass stars ก็เช่นกัน ไม่มีพลังอำนาจความร้อนเพียงพอที่จะหลอมละลาย Carbon ได้แต่จะมีแสงแดด ความสว่างต่อไปอีก 10 พันล้านปี การที่ดาวสามารถ เผาไหม้ หลอมละลาย Carbon ได้ต้องมีอุณหภูมิ 600 ล้าน Kelvinเป็นความร้อน กลัวมากเป็นการยุบตัวของความกดดัน และแรงดึงดูดอย่างทุลักทุเล ยิ่งดาวที่มีขนาดใหญ่ ยิ่งเพิ่มความทุกลักทุกเลบริเวณชั้นนอกมากขึ้น แสงและรังสี มวลสสารจะท่วมท้นไหลออกสู่ Stellar wind เกิดจังหวะการสะเทือน ของระบบ แลกเปลี่ยนความร้อน ระหว่าง Carbon กับภายในของแกน แสดงสู่พื้นผิว ดาวที่เต็มไปด้วย Carbon เราจึงเรียกว่า Carbon stars (ดาวคาร์บอน) โดยภาพ รวมของ Carbon stars มีอุณหภูมิราว 2,000-3,000 Kelvin รอบๆบนพื้นผิวดาวมี Stellar wind พัดอย่างช้าๆ บางครั้งก็หยุดนิ่ง บางกรณีมีการก่อตัวของอนุภาคเล็กๆที่เป็นผงฝุ่น ลอยไปลอยมาและสู่อวกาศจน มีลักษณะเป็น เมล็ดฝุ่นที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ล่องลอยออกสู่จักรวาล เรียกว่า Carbon smog เป็นปัจจัยสำคัญที่ก่อชีวิต ที่มีอยู่ในตัวของเรา ทุกคน และชีวิตทั้งหมด บนโลก พัดพามาด้วย พายุระหว่างดวงดาว

TT Cygni Carbon stars ถ่ายภาพด้วย Wavelength radio telescopes วงแหวนเปล่งออกมา คือ Radio emission จาก Carbon monoxide (CO) molecules มีขนาดเส้นผ่าศูนย์ 1,000 ปีแสง ความหนาวงแหวน ¼ ปีแสง การเผาไหม้เปลือกราว 6,000 ปี ห่างจากโลก 1,500 ปีแสง

จุดจบสิ้นของดวงอาทิตย์ ยังมีเวลาที่ยาวไกลต่อไปอีกและจะมีความสวยงามมาก เช่นกัน โดยดวงอาทิตย์จะระเบิดตัวเอง สู่อวกาศ เกิดประดิษฐ์กรรมเปลือกก๊าซ ขนาดใหญ่มหึมาจาก Carbon core ภายในซึ่งเกิดอ่อนแอไม่มั่นคง ด้วยความร้อน ที่สูงสะสมอย่างนิ่งเงียบ มาช้านานแล้ว เป็นการเปล่งรังสี Ultraviolet มีส่วนผสมของ Ionize gas แผ่กว้างขยายตัว มีแสง ที่สดใส แปลกตาอัศจรรย์ เรียกว่า Planetary nebula ข้อมูลการสำรวจที่ผ่านมา Low-mass stars อื่นๆ ก็มีเส้นทางชีวิตจุดจบ ที่มีลักษณะเดียวกัน

Cat's Eye Hubble Remix (Planetary nebula) มีขนาดกว้าง ½ ปีแสง การสำรวจขณะนี้เรายังไม่เข้าใจโครงสร้างภายในดีพอ เชื่อว่าดวงอาทิตย์ของเราต่อไปจะเข้าวิถีแบบเดียวกับ Cat's Eye อีกกว่า 5 พันล้านปีข้างหน้า

ประเภทของ White dwarf

คำว่า Planetary nebula เป็นความหมายที่ไม่เกี่ยวข้องกับ Planets (ดาวเคราะห์) เป็นการตั้งขึ้นจากนักดาราศาสตร์โบราณ ที่ได้สำรวจด้วยกล้องขนาดเล็ก โดยได้ เข้าใจผิดว่าเป็นดาวเคราะห์ ที่มีแผ่นขอบกลม (Disks) Planetary nebula เกิดขึ้นด้วยความพิสดารไม่มั่นคง ของแกนภายในระเบิดแล้ว กระจายสู่อวกาศ โดย Nebula (ฝุ่นหมอกอวกาศ) กระจายตัวออกตลอดภายใน 1 ล้านปี จากนั้น Carbon core เย็นตัวลงก็เข้าสู่ชีวิต White dwarf (ดาวแคระขาว) ที่มีขนาดเล็กและร้อน ขณะนี้เรายังไม่เข้าใจ ถึงโครงสร้างภายในของเรื่อง แรงดึงดูดและความกดดัน แต่ทราบว่ามีความร้อน เพราะแกนในจะไม่เย็นลงทันที่ทันใด ต้องใช้เวลานาน มีความเป็นไปได้ว่า White dwarf มวลของดาวที่มีไม่มากนัก ต้องต่อสู้กันด้วย ระหว่างแรงดึงดูดและความกดดันได้ไม่นาน จำต้องอาศัยระบบอื่นๆจากดาวที่อยู่ ใกล้เคียงส่งแรงดึงดูดและความกดดัน ผ่านเข้ามาช่วยเกาะยึดกัน (Holds gravity) ด้วยส่วนใหญ่ดาวต่างๆที่อยู่ในจักรวาลมักเป็น ระบบดาวคู่ (Binary star system) ความเป็นจริงของ White dwarf ที่มีขนาดเล็กมากๆอนาคตจะเย็นตัวด้วยความ ไม่แน่นอน อาจยุบตัวลงแห้งเหือดเหมือนซากศพ ขั้นสุดท้ายอาจสาบสูญ เหลือแต่ ความว่างเปล่าไม่มีตัวตน มองเห็นเพียง การแผ่รังสีของแสง (Visible light) เท่านั้น ข้อสำคัญ White dwarf เป็นระบบต้นกำเนิดดั้งเดิมของ Carbon และ Oxygen เพราะแกนภายในไม่เคยมีความร้อนเพียงพอ ที่จะหลอมละลายธาตุหนักได้เลย

Double Pulsar เป็นการสำรวจด้วย Radio telescopes เมื่อปี ค.ศ. 2003 พบว่า มีแรงดึงดูดซึ่งกันและกันด้วย ลักษณะคล้าย Cosmic lighthouses (รังสีส่องออกมาคล้ายแสง จากประภาคาร) ตรงตาม Einstein's theory of gravity และ General Relativity

วิถีชีวิตของ Low-mass stars ได้จบฉากละคร ที่ได้แสดงอย่างยาวนานตามระบบ ที่ควรจะเป็น คงทำนายเวลาไม่ได้แม่นยำหนัก อย่างน้อยทราบแนวทางถึงความ เป็นไปได้ ของการยุติบทบาท สำหรับดวงอาทิตย์ ที่เป็นต้นแบบในการศึกษาใน เราไม่แน่ใจนักว่า นาทีสุดท้ายจะหายสาบสูญ หรือจะมีดาวอื่นเข้ามาช่วยเกาะยึด ระบบแบบ Holds gravity แต่สิ่งที่เราทราบล่วงหน้าในขณะนี้ หากดวงอาทิตย์ สู่วิถีชิวิต White dwarf ปัญหา คือระบบแรงดึงดูด ที่ยึดเกาะกันของดาวเคราะห์ ที่เหลืออยู่ใน ระบบสุริยะ หายไป ดาวเคราะห์น้อย วัตถุขนาดเล็ก ที่มีอยู่นับล้านชิ้น เกิดการพลัดหลงวงโคจรไปด้วย เกิดโกลาหลครั้งใหญ่ ท่ามกลางความมืดในระบบสุริยะ

White dwarf SDSS 1228+1040 ยังมีความร้อนอยู่ พบว่า มีดาวเคราะห์น้อย จำนวนมากพลัดหลงเข้าใกล้ โคจรล้อมรอบคล้ายเป็นวงแหวน

ภาพจาก Computer simulation ของ White dwarf star แสดงตนหมดอายุขัย และสิ้นชีพแล้ว (โดยใช้คอมพิวเตอร์จำนวน 768 processors รวมเวลา Run 58,000 ชั่วโมง)

แสดงตน เป็นซากศพบั้นปลายชีวิตแห่งดวงดาว The end of Low-mass stars การวิเคราะห์ด้วย 3D Computer simulation ในห้องปฏิบัติการเชื่อว่า White dwarf stars จะกดอัดบีบตัว (สีน้ำเงินแสดงถึง พื้นผิวดาวเดิม) เหลือเพียงเท่ากับ โลกแต่ความหนาแน่นของมวล มากกว่าดวงอาทิตย์ ด้วยองค์ประกอบภายในเป็น เหล็ก (Iron) ชนิดเดียวกับที่พบมากมายในจักรวาล หรือ คล้ายกับประเภท Ia supernovas โดยมีอุณหภูมิความร้อนบนพื้นผิวเพียง 10,000 Kelvin จากที่เคย มีถึงนับล้าน Kelvin แต่เราไม่ทราบถึงผลในเรื่องพลังงาน รูปแบบก่อนสิ้นชีวิต แสดงถึงล่องลอยการผุดขึ้นมากของ ซากเถ้าถ่านจากจุด ศูนย์กลาง (Nuclear ash) เกิดขนาดก้อนฟองที่ทะลักขึ้นมา (สีส้มอมน้ำตาล) เส้นผ่าศูนย์กลาง 10 ไมล์ หลังจากนั้นเพียง 1 นาที ขยาย ขนาดเป็น 1,200 ไมล์ และเกิดจุดอื่นๆต่อไปอีก ด้วยเสียงระเบิดดังต่อเนื่อง ความหายนะเกิดขึ้นจาก กลไกของตนเอง ทั้งหมดเกิดขึ้นเพียง 3 นาที ในการแสดงตนสู่การจบสิ้นชีวิต