ชีวิตความลับของดวงดาว ตอน : Stars Birth [หน้า 3/3]

ชีวิตความลับของดวงดาว ตอน : Stars Birth [หน้า 3/3]

ดวงอาทิตย์ ต้นแบบของดาวในวันนี้ The Sun to day ดวงอาทิตย์เป็นต้นแบบสำคัญ ให้เข้าใจ พัฒนาการวิถีชีวิตแห่งดาวในจักรวาล การเผาไหม้บนดวงอาทิตย์ เกิดขึ้นจากไส้ภายในแกน (Core) ด้วย Hydrogen atoms และ Helium atoms หลอมละลายผสมเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดองค์ประกอบ ปฏิกิริยาทางเคมี แสดงถึงอายุของดาว จาก Luminosity (ความโชติช่วง) หรือ ค่าพลังงานของคลื่นรังสี ทั้งหมดถูกปลดปล่อยออกมาโดย โดยขึ้นอยู่กับ รัศมี อุณหภูมิ ขนาดดั้งเดิมของดาวนั้นๆ ปกติดาวเพิ่งเริ่มกำเนิดในจักรวาล จะมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 10 -1,000 เท่า หรือมากกว่านั้น จึงมี Luminosity (ความโชติช่วง) มากกว่าดวงอาทิตย์ ตลอดเส้นทางชีวิต (Lifetime) ของดาว มีข้อจำกัดในเรื่องวัตถุดิบ คือ ก๊าซที่อยู่ ภายใน ดังนั้นอายุขัยของดาว จึงขึ้นอยู่กับปริมาตรก๊าซที่สะสมไว้ ครั้นแรกใน ระยะที่เริ่มก่อตัว เป็นองค์ประกอบที่สำคัญ

Main Sequence Stars วิถีชีวิตแห่งดาว แบบเป็นไปตามปกติ ของดวงอาทิตย์ 1.Sun - Protostar : ดาวต้นแบบที่เริ่มก่อตัวของดวงอาทิตย์ 2.Sun - First generation : ดวงอาทิตย์ ช่วงกำเนิดยุคแรก 3.Sun - Today : ดวงอาทิตย์ ในปัจจุบันนี้ อายุราว 4,500 ล้านปี 4.Sun - Red Giant : อีกราว 4-5,000 ล้านปีข้างหน้า ดวงอาทิตย์ ขยายตัว เป็นดาวยักษ์สีแดง 5.Sun - White Dwarf : วาระสุดท้ายของดวงอาทิตย์ กลายเป็นดาวแคระขาว

ระบบดวงอาทิตย์ มีรูปแบบการกำเนิดจาก Protostar (ดาวต้นแบบที่เริ่มก่อตัว) เช่นดาวทั่วไปในจักรวาล แต่เส้นทางที่ผ่านมา ครั้งแรกมีขนาดใหญ่กว่าปัจจุบัน จากการเผาไหม้ของก๊าซสะสมไว้ จาก Hydrogen และ Helium ช่วงต้นกำเนิด ถัดมาประมาณ 4.5 - 5 พันล้านปี (ปัจจุบันนี้) สังเกตว่า ขนาดดวงอาทิตย์เล็กลง แต่ดวงอาทิตย์ ยังมีวิถีชีวิตแห่งดาวต่อไป กว่าครึ่งหนึ่งของระยะเวลาที่ผ่านมา เส้นทางอนาคตดวงอาทิตย์ คงราบรื่นไปอีกอย่างน้อย 5 พันล้านปี ด้วยปริมาณ วัตถุดิบที่ถูกสะสมไว้ เปรียบเหมือนเสบียงอาหาร แต่หลังนี้ไป ดวงอาทิตย์จะ มีการเปลี่ยนแปลงด้วยเสบียง ที่เป็นก๊าซพร่องลง เพราะการเผาไหม้ตลอดเวลา อันยาวนาน เมื่อก๊าซพร่องลง แต่การลุกไหม้ยังคงอยู่ จึงเกิดการเผาก๊าซที่อยู่บริเวณเปลือก ภายนอกทำให้ขยายพื้นที่ลุกไหม้ ปรากฎการณ์นี้คือ ดาวยักษ์สีแดง (Red Giant) เป็นการเพิ่มขนาดใหญ่กว่าเดิม หลายร้อยเท่า ขณะเดียวกันไส้แกนใน (Core) ของดวงอาทิตย์จะหดเล็กลงไปเรื่อยๆ แล้วเกิด การยุบตัวลงขนาดเท่าโลก กลายเป็น ดาวแคระขาว (White Dwarf) และอาจ ล่องลอยด้วยแรงดึงดูด ที่ส่งผลจากดาวอื่น สู่วิถีโคจรใหม่

Spectral type of stars

ลำดับชั้นดาวสามัญ Main Sequence star ลำดับชั้นดาวสามัญ คือการอธิบายถึงเส้นทางชีวิตของดาว อยู่ในสภาพสมดุลย หรือเป็นวิถีชีวิตแห่งดาว แบบเป็นไปตามปกติสามัญ หลังจากก่อตัวขึ้น จวบจน ใกล้จุดจบ สิ้นอายุขัยในที่สุด ถือว่าเป็นพัฒนาการของดาว (Stellar evolution) คล้ายเช่นวัฐจักรชีวิตมนุษย์ ซึ่งมีวัยเด็ก หนุ่มสาว เฒ่าชรา จนจบชีวิตเช่นกัน คำอธิบาย Hertzsprung-Russell diagram ผลงาน Richard Powell จัดทำจากตำแหน่งข้อมูล ดาว จำนวน 22,000 ดวง ของ Hipparcos catalog และอีกจำนวน 1,000 ดวง ของ Gliese catalog ซึ่ง เป็นดาวที่อยู่ใกล้โลก เพื่อแสดงความเป็นไปของ วิถีชีวิตแห่งดาว ให้เห็นเป็น ลักษณะแผนภาพ (Diagram) เพื่อให้เข้าใจลำดับชั้นของดาวสามัญ (ในแนว เส้นแถบหลัก ของแผนภาพ)โดยแสดงรายละเอียดดังนี้ ประเภทสีของดาว : Spectral type of stars แถวบนสุด ตามอักษร O B A F G K M ค่าอุณหภูมิพื้นผิว : Temperature แถวบนบรรทัดที่ 2 แสดงค่าเป็น Kelvin ค่าโชติมาตรสัมบูรณ์ (Absolute magnitude) แนวตั้งด้านขวาสุด ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี (Luminosity) แนวตั้งด้านซ้ายสุด (Sun=1) ค่าดัชนีสี (B-V color index) แถวล่างสุด ตำแหน่งทแยงมุม ด้านบนซ้ายสุด แสดงกลุ่มดาวโชติช่วง และมีความร้อนสูง ด้านล่างขวาสุด แสดงกลุ่มดาวที่เย็นตัวลง และมีความโชติช่วงน้อยตามลำดับ ทั้งหมดนี้ เรียกว่า Main Sequence stars (ลำดับชั้นของดาวสามัญ) สำหรับประเภท ดาวแคระขาว (White dwarfs) แสดงไว้ด้านล่างขวา และ กลุ่มดาวยักษ์ (Subgiants, Giants , Supergiants) แสดงไว้ด้านบนนอก เหนือจากแถบหลักของ Main Sequence ออกไป ตัวอย่าง ดวงอาทิตย์ มีตำแหน่ง Main Sequence (แถบลำดับชั้นสามัญ) ดังนี้ ------------------------------------------------------------------------------- ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี (Luminosity) = 1 ค่าโชติมาตรสัมบูรณ์ (Absolute magnitude) = 4.8 ค่าดัชนีสี (B-V color index) = 0.66 ค่าอุณหภูมิพื้นผิว (Temperature) = 5,780 K ประเภท (Spectral type) = G2 หมายเหตุ : ---------------------------------------------------------------------- ดาว สามารถบอกประเภทสี จากอุณหภูมิของพื้นผิว โดยการวัดหาค่า (ตามกฎเกณฑ์ของ Wien's Displacement Law) แต่เป็นเรื่องยากที่จะให้ถูกต้องแท้จริง ด้วยระยะทางของดาวที่ห่างไกล เพียงเรื่อง ข้อมูลค่าอุณหภูมิบนดาวก็มีความต่างกันแล้ว แม้ว่าสามารถ วัดหาค่าในระยะไกล จากการสำรวจได้ก็ตาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วย ลำดับชั้นพลังงานของอะตอมธาตุ มีการเปลี่ยนแปลงและถ่ายเทไปมา ดังนั้นประเภทสีของดาว จึงบอกเป็นเพียงแนวทางแบบมาตรฐานทั่วไป

แถบลำดับชั้นสามัญ ดวงอาทิตย์ ตำแหน่งลูกศรชี้ ตรงกลาง

ประเภทของลำดับชั้นดาวสามัญ O Star อยู่ในกลุ่ม Blue-white star ----------------------------------------- ระดับความร้อนพื้นผิว มากกว่า 30,000 Kelvin ขนาดมวลวัตถุเป็น 16 -120 เท่า หรือมากกว่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี มากกว่า 30,000 เท่า (Sun=1) เพราะขนาดใหญ่ สามารถสร้างพลังงานออกมามาก และหอบพัดจากพายุสุริยะ ของตนเอง ออกไปได้จำนวนมากอย่างรวดเร็ว ทำให้วัตถุดิบพร่องไปด้วย ส่วนใหญ่อายุจึงสั้นเพียง ราว 2-10 ล้านปี เช่น กลุ่มดาวบริเวณ ใน Orion's Belt มีอยู่เป็นจำนวนมาก เช่น Orionis C ระดับความร้อนพื้นผิว 33,000 Kelvin มวลวัตถุเป็น 18 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 30,000 เท่า (Sun=1) รัศมีเป็น 5.9 เท่า (Sun=1) และ Trapezium quartet ,Alnitak (Zeta Orionis) และ Naos (Zeta Puppis) จัดอยู่ในกลุ่ม Blue-white star เช่นกัน ด้วยอายุขัยสั้น เป็นดาวที่พบน้อย มักไม่เคลื่อนตัวห่างออกจาก แหล่งกำเนิดเดิม ได้ไกลนัก บริเวณโดยรอบเต็มไปด้วย Powerful ionizers (อนุภาคประจุไฟฟ้า) ทำให้มีขอบวงสว่างเกิดค่าสะท้อนแสง โดยมีทิศทางผิดปกติ B star อยู่ในกลุ่ม Blue-white star ----------------------------------------- ระดับความร้อนพื้นผิว 10,000-30,000 Kelvin ขนาดมวลวัตถุเป็น 2.3 -14 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 25 -25,000 เท่า (Sun=1) เฉลี่ยหมุนรอบตัว เอง 250 กิโลเมตร/นาที ช่วงอายุราว 11- 800 ล้านปี นับว่ามีขนาดใหญ่ ความ โชติช่วงของแสงมาก แต่อายุขัยไม่ยาวนานนัก เช่น Becrux ระดับความร้อนพื้นผิว 30,000 Kelvin มวลวัตถุเป็น 16 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 16,000 เท่า (Sun=1) รัศมีเป็น 5.6 เท่า (Sun=1) และ Spica, Rigel, Regulus จัดอยู่ในกลุ่ม Blue-white star เช่นกัน

A star อยู่ในกลุ่ม Blue-white star ----------------------------------------- ระดับความร้อนพื้นผิว 7,500-10,000 Kelvin ขนาดมวลวัตถุเป็น 1.6 - 2.2 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 6 -20 เท่า (Sun=1) เฉลี่ยหมุนรอบตัวเอง 100 กิโลเมตร/นาที มีสนามแม่เหล็กแข็งแกร่ง 30,000 Gauss ระยะช่วงอายุราว 900 - 2.5 พันล้านปี เช่น Sirius-A ระดับความร้อนพื้นผิว 9,500 Kelvin มวลวัตถุเป็น 2.6 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 63 เท่า (Sun=1) รัศมีเป็น 2.3 เท่า (Sun=1) Fomalhaut ระดับความร้อนพื้นผิว 9,000 Kelvin มวลวัตถุเป็น 2.2 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 40 เท่า (Sun=1) รัศมีเป็น 2 เท่า (Sun=1) และ Vega, Altair,Deneb จัดอยู่ในกลุ่ม Blue-white star เช่นกัน ทั้งหมดของ กลุ่ม A-Star รวมถึงกลุ่ม Ae stars, Am stars,และ Ap stars ด้วยลักษณะพิเศษ จังหวะการเคลื่อนที่ของดาว และความร้อนบนพื้นผิวดาว อยู่ในระดับเดียวกัน F star อยู่ในกลุ่ม Yellow-white star ------------------------------------------- ระดับความร้อนพื้นผิวราว 6,000-7,500 Kelvin มวลวัตถุเป็น 1.05 - 1.6 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 5 เท่า (Sun=1) เฉลี่ยหมุนรอบตัวเอง 30-100 กิโลเมตรต่อนาที เมื่อใกล้หมดสภาพ จะหมุนรอบตัวเองลดลงเหลือ 2 กิโลเมตร ต่อนาที เริ่มเกิดวงจรของ Carbon ช่วงอายุราว 2.5 - 10 พันล้านปี เช่น Procyon ระดับความร้อนพื้นผิว 6,400 Kelvin มวลวัตถุเป็น 1.35 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 4 เท่า (Sun=1) รัศมีเป็น 1.2 เท่า (Sun=1) Canopus, Polaris (Pole Star) จัดอยู่ในกลุ่ม Yellow-white star เช่นกัน

G star อยู่ในกลุ่ม Yellow-white star ------------------------------------------- ระดับความร้อนพื้นผิว 5,000 -6,000 Kelvin มวลของวัตถุ 0.05 - 1.0 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 0.9 เท่า (Sun=1) อายุ 10 พันล้านปี ขึ้นไป เป็นกลุ่มที่ Conversion zone (ชั้นนำพาพลังงานความร้อน) อยู่ลึกมาก เช่น Alpha Centauri A ระดับความร้อนพื้นผิว 5,900 Kelvin มวลวัตถุ 1.08 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 1.45 เท่า (Sun=1) รัศมี 1.05 เท่า (Sun=1) Capella และดวงอาทิตย์ อยู่ในกลุ่มนี้ (G2) Yellow-white star เช่นกัน K star อยู่ในกลุ่ม Orange-red star ------------------------------------------ ระดับความร้อนพื้นผิว 3,500 -5,000 Kelvin มวลของวัตถุเ 0.05 - 0.9 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 0.1 - 0.5 เท่า (Sun=1) อายุยืนยาวและ ส่วนมากหมุนรอบตัวเองช้า บางดวงที่มีขนาดใหญ่พบ Carbon มาก เช่น Pollux ระดับความร้อนพื้นผิว 5,100 Kelvin มวลวัตถุเป็น 0.83 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 0.36 เท่า (Sun=1) รัศมีเป็น 0.83 เท่า (Sun=1) และ Aldebaran, Arcturus จัดอยู่ในกลุ่ม Orange-red starเ ช่นกัน จากการสำรวจเชื่อว่า ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบๆ K-Star อาจมีความเป็นไปได้ที่ สามารถดำรงชีพได้ ด้วยการเย็นตัวลงระดับความร้อนพื้นผิว 100 - 400 Kelvin M star อยู่ในกลุ่ม Orange-red star ------------------------------------------- ระดับความร้อนพื้นผิว น้อยกว่า 3,500 Kelvin นับว่ามีความเย็นตัวลง มีมวลวัตถุ เป็น 0.08 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 0.5 เท่า (Sun=1) สำรวจพบยากทั้งที่มีจำนวนมาก เพราะเนื่องจากมืด แสงสว่างน้อย จำนวน 70% ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ จึงต้องตรวจสอบผ่าน รังสี Infraredอายุยาว นานมาก กว่าทุกกลุ่ม เช่น Proxima Centauri ระดับความร้อนพื้นผิว 4,370 Kelvin มวลวัตถุ 0.68 เท่า (Sun=1) ค่าคลื่นสะท้อนของรังสี 0.18 เท่า (Sun=1) รัศมี 0.74 เท่า (Sun=1) และ Betelgeuse จัดอยู่ในกลุ่ม Orange-red star เช่นกัน

การเกิดดาวที่ไม่สมบูรณ์แบบ ขณะที่ Protostar (ดาวต้นแบบที่เริ่มก่อตัว) และกำลังเป็นรูปเป็นร่าง ตามเส้น ทางกำเนิด ทันทีทันใด เกิดความไม่มั่นคงของแรงดึงดูด (Gravity) และความ อัดดัน (Pressure) โดยมีอัตราส่วน อย่างน้อยครึ่งหนึ่ง ของขนาดมวลดาวนั้นๆ ระบบก่อตัวดาว จะเกิดความล้มเหลว (Failed start) เพราะเกิดรังสีความร้อนช้า ทำให้ดาวเย็นตัวลงตลอดเวลา แม้ระบบไม่สมบรูณ์ และไม่มีการแผ่รังสีเหมือนดาวทั่วไปก็ตาม แต่โครงสร้าง หัวใจหลักสำคัญภายใน (Interior) มิได้มีปัญหา ของความอัดดัน (Pressure) ยังทำหน้าที่ผลักดัน และเกิดแรงดึงดูด (Gravity) เหมือนกับดาวอื่นๆ เพียงพื้นผิวภายนอกนั้นมีความมืด ไม่มีแสงรังสีจากการเผาไหม้ เช่นดาวอื่นๆจึง เป็นช่องว่างว่า เป็นดาวประเภท ดาวเคราะห์ (Planet) หรือ ดาว (Star) กันแน่ ซึ่งทั่วไป มักเรียกว่า ดาวแคระสีน้ำตาล (Brown Dwarfs) สำหรับ ดาวแคระสีน้ำตาล (Brown Dwarfs) พบครั้งแรกเมื่อปี 1970 โดย Jill Tarter ความเป็นจริงเป็น ดาวสีแดงเข้มทึบมากกว่า (Dull red) จากเงื่อนไขสี ลักษณะต้นกำเนิดเดิม หรือเพราะการเปลี่ยนแปลง ของอนุภาคซึ่งอาจทับถม บนพื้นผิวด้วยเวลายาวนานยังทราบไม่ชัดเจน ดาวแคระสีน้ำตาล (Brown Dwarfs) มีอยู่จำนวนมากมายในจักรวาล ทางทฤษฎี ถือว่าเป็นวัตถุที่มีมวล ประมาณ 8% (เทียบกับดวงอาทิตย์) จัดว่าขาดแคลนวัตถุ ดิบ ไม่มีความเสถียรต่อการหลอมละลายภายใน ทำให้มีแรงดึงดูดน้อยกว่าดาว ที่สมบูรณ์แบบทั่วไป โดยเฉพาะมีค่าแสงน้อย มืดสลัว ทำให้สำรวจจากโลกยาก อย่างไรก็ตาม ด้วยเทคโนโลยีทันสมัย ปัจจุบันทำให้ พบมากขึ้นนับหลายร้อยดวง

เปรียบเทียบกระบวนการก่อตัว ของดาวทั่วไป ดาวเคราะห์ และดาวแคระสีน้ำตาล

พบว่า มีดาวเคราะห์ โคจรรอบ ดาวแคระสีน้ำตาล (Brown Dwarfs)

ดาวแคระสีน้ำตาล (Brown Dwarfs) มีพื้นดินที่แข็งบางส่วน และปกคลุมด้วยก๊าซ

แม้มีอุณหภูมิความร้อนต่ำกว่าดาวทั่วไป แต่สิ่งมีชีวิตเช่นมนุษย์ ไม่สามารถดำรงชีวิตได้

References : The National Aeronautics and Space Administration -NASA University of Colorado – Michigan State University Williams College – University of California, Berkeley