ดาวฤกษ์

6.1 วิวัฒนาการของฤกษ์

เกิดจากมวลสารระหว่างดาว คือกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมารวมกลุ่มกัน เกิดยุบตัวด้วยแรงอัดทุกทิศทุกทางเข้าสู่ศูนย์กลางด้วยแรงโน้มถ่วงของมวลสาร จนเกิดการอัดตัวเล็กลงและยุบตัวลงเรื่อย ๆ ดวงอาทิตย์เมื่อเริ่มเกิดจะมีขนาดใหญ่กว่าปัจจุบัน 50 เท่า สว่างกว่า 500 เท่า ต่อมามาเกิดยุบตัวและอัดตัวแน่นเพิ่มขึ้นทำให้ใจกลางของดวงอาทิตย์จะร้อนขึ้น 30 ล้านปีต่อมาใจกลางดวงอาทิตย์ร้อนขึ้นถึง 10 ล้านองศาเคลวิน ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สูงเพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันการเกิดพลังงานภายในดาวฤกษ์พลังงานของดาวฤกษ์จะเกิดที่แกนกลางของดาวฤกษ์เพราะมีอุณหภูมิสูงถึงขั้นเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เช่นดวงอาทิตย์มีการเกิดปฏิกิริยาที่ใจกลางของดาวมีอุณหภูมสูงถึง 15 ล้านองศาเคลวิน การเกิดปกิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันโดยธาตุไฮโดรเจนแตกตัวให้นิวเคลียส คือ โปรตอรจับตัวกันเป็น โปรตอน-โปรตอน เกิดเป้นธาตุฮีเลียม การหลอมรวมของธาตุไฮโดรเจนเป็นธาตุฮีเลียมทำให้มวลสารหายไปเปลี่ยนเป็นพลังงาน คือมีมวลสารหายไปวินาทีละ 4,000,000 ตัน การหายไปของเนื้อสารจะทำให้ดวงอาทิตย์เล็กลงและมอดดับลง แต่ดาวฤกษ์บางดวงจะระเบิดทำลายตัวเองเดียวกันคือเกิดจากมวลสารระหว่างดาวคือกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมารวมกลุ่มกันดาวฤกษ์ก็เหมือนกับสรรพสิ่งทั่วไปในเอกภพ มีการเกิด การคงอยู่ และการแตกดับไปตามการเวลา คือ มีวิวัฒนาการ ดาวฤกษ์เกิดจากมวลสารระหว่างดวงดาวมารวมกันเกิดแรงอัดตัวเป็นดาวฤกษ์ และเกิดจากการยุบตัวของเนบิวลาแต่จุดจบต่างกันขึ้นอยู่กับมวลสารดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย ใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย ทำให้มีช่วงชีวิตที่ยาวและจบชีวิตลงโดยไม่มีการระเบิด พลังงานของดาวฤกษ์เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

          ดาวฤกษ์ เป็นก้อนแก๊สขนาดใหญ่ ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของเนบิวลา หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งว่า เนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ ทุกประเภท ดาวฤกษ์ทุกดวงมีความเหมือนกันอยู่ 2 อย่าง คือ มีพลังงานในตัวเอง และเป็นแหล่งกำเนิดธาตุต่าง ๆ เช่น ธาตุฮีเลียม  ลิเทียม  เบริลเลียม นอกจากนั้นดาวฤกษ์ยังมีความแตกต่างกันในเรื่องของ มวล  อุณหภูมิผิวหรือสีหรืออายุ องค์ประกอบทางเคมี  ระยะห่าง  ความสว่าง ระบบดาวและวิวัฒนาการ ในเวลาต่อมาเมื่อดาวฤกษ์ เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์หลอมไฮโดร-เจนเป็นฮีเลี่ยมครั้งใหม่ ทำให้เกิดพลังงานมหาศาล ทำใหดาวฤกษ์ใหญ่กว่าเดิมประมาณ 100 เท่า อุณหภูมิผิวลดลง สีเปลี่ยนจากสีเหลืองเป็นสีแดงจนได้ดาวฤกษ์สีแดงขนาดใหญ่ เรียกว่า ดาวยักษ์แดง (red giant)

จุดจบของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับขนาดมวลของดาวฤกษ์นั้น ๆ ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย  เช่น ดวงอาทิตย์  มีแสงสว่างไม่มากเชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีช่วงชีวิตยาว  และจบชีวิตลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว และกลายเป็นดาวแคระดำ ต่อไป

6.2 กำเนิดและวิวัฒนาการของดวงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลางและอยู่ใกล้โลกที่สุด จึงเป็นดาวฤกษ์ที่นักดาราศาสตร์ศึกษามากที่สุด ดวงอาทิตย์เกิด จากการยุบรวมตัวของเนบิวลาเมื่อประมาณ 5,000 ล้านปีมาแล้ว และจะฉายแสงสว่างอยู่ในสภาพสมดุลเช่นทุกวันนี้ต่อไปอีกประมาณ 5,000 ล้านปี

    การยุบตัวของเนบิวลา เกิดจากแรงโน้มถ่วงของเนบิวลาเอง เมื่อแก๊สยุบตัวลง ความดันของแก๊สจะสูงขึ้น ผลที่ตามมาคือ อุณหภูมิของแก๊สจะสูงขึ้นด้วยนี่คือธรรมชาติของแก๊สในทุกสถานที่ ที่แก่นกลางของเนบิวลาที่ยุบตัวลงนี้ จะมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ขอบนอก เมื่ออุณหภูมิแก่นกลางสูงมากขึ้นเป็นหลายแสนองศาเซลเซียส เรียกช่วงนี้ว่า ดาวฤกษ์เกิดก่อน (Protostar) เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงให้แก๊สยุบตัวลงไปอีก ความดัน ณ แก่นกลางสูงขึ้น และอุณหภูมิก็สูงขึ้นเป็น 15 ล้านเคลวิน เป็นอุณหภูมิสูงมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ (thermonuclear reaction) หลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนเป็นนิวเคลียสฮีเลียม เมื่อเกิดความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงกับแรงดันของแก๊สร้อนทำให้ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่สมบูรณ์

    พลังงานของดวงอาทิตย์เกิดที่แก่นกลาง ซึ่งเป็นชั้นในที่สุดของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิและความดันสูงมาก ทำให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ที่แก่นกลาง ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดจากโปรตอนหรือนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน 4 นิวเคลียสหลอมไปเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม 1 นิวเคลียส พร้อมกับเกิดพลังงานจำนวนมหาศาล

    จากการเกิดปฏิกิรยาพบว่า มวลที่หายไปนั้นเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน ซึ่งสามารถคำนวณได้จากสูตร ความสัมพันธ์ระหว่างมวล (m) และพลังงาน (E) ของไอน์สไตน์ (  E = mc2) เมื่อ C คืออัตราความเร็วของแสงสว่างในอวกาศซึงเท่ากับ 300,000 กิโลเมตร/วินาที

    นักวิทยาศาสตร์คาดคะเนว่า ในอนาคตเมื่อธาตุไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลือน้อย แรงโน้มถ่วงเนื่องจากมวลของดาวฤกษ์สูงกว่าแรงดัน ทำให้ดาวยุบตัวลง ส่งผลให้แก่นกลางของดาวฤกษ์มีอุณหภูมิสูงขึ้นมากกว่าเดิมเป็น 100 ล้านเคลวิน จนเกิด ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์หลอมรวมนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมเป็นนิวเคลียสของคาร์บอน ในขณะเดียวกันไฮโดรเจนที่อยู่รอบนอกแก่นฮีเลียม จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตามไปด้วย เมื่ออุณหภูมิสูงขถึง 15 ล้านเคลวิน จะเกิดปฏิกิริยาเท อร์โมนิวเคลียร์หลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมครั้งใหม่ ผลก็คือ ได้พลังงานออกมาอย่างมหาศาล ทำให้ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็น 100 เท่า ของขนาดปัจจุบัน เมื่อผิวด้านนอกขยายตัว อุณหภูมิผิวจะลดลง สีจะเปลี่ยนจากเหลืองเป็นแดง ดวงอาทิตย์จึงกลายเป็นดาวฤ กษ์สีแดงขนาดใหญ่มาก เรียกว่า ดาวยักษ์แดง (redgiant)เป็นช่วงที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกจากดวงอาทิตย์ในอัตราสูงมาก ดวงอาทิตย์จึงมีช่วงชีวิตเป็นดาวยักษ์แดงค่อนข้างสั้น

6.3 ความส่องสว่างและโชติมาตรของดาวฤกษ์

ความส่องสว่าง(brightness)ของดาวฤกษ์ เป็นพลังงานจากดาวฤกษ์ที่ปลดปล่อยออกมาในเวลา 1 วินาทีต่อหน่วยพื้นที่  มีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร ค่าการเปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ เรียกว่า อันดับความสว่าง หรือ แมกนิจูด(magnitude) ดาวที่มีค่าโชติมาตรต่างกัน 1 จะมีความสว่างต่างกัน 2.512เท่า ดาวที่มีค่าโชติมาตรน้อยจะมีความสว่างมากกว่าดาวที่มีค่าโชติมาตรมาก

  โชติมาตรของดาวฤกษ์ที่สังเกตได้จากโลก เรียกว่า โชติมาตรปรากฏ(apparent magnitude) นำมาใช้เปรียบเทียบความสว่างที่แท้จริงของดาวฤกษ์ไม่ได้ นักดาราศาสตร์จึงกำหนดโชติมาตรสัมบูรณ์(absolute magnitude) เป็นค่าโชติมมาตรของดาวเมื่อดาวนั้นอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางเท่ากับ 10 พาร์เซก หรือ 32.62 ปีแสง นำมาใช้เปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ทั้งหลาย 

6.4 สีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์

      ดาวฤกษ์ที่ปรากฏบนท้องฟ้าจะมีสีต่างกัน เมื่อศึกษาอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์จะพบว่า สีของดาวฤกษ์มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ด้วย นักดาราศาสตร์แบ่งชนิดของดาวฤกษ์ตามสีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ได้ 7 ชนิด คือ O B A F G K และ M แต่ละชนิดจะมีสีและอุณหภูมิผิวดังตารางต่อไปนี้

สีของดาวฤกษ์นอกจากจะบอกอุณหภูมิของดาวฤกษ์แล้ว ยังสามารถบอกอายุของดาวฤกษ์ด้วย ดาวฤกษ์ที่มีอายุน้อยจะมีอุณหภูมิที่ผิวสูงและมีสีน้ำเงิน ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอายุมากใกล้ถึงจุดสุดท้ายของชีวิตจะมีสีแดงที่ เรียกว่า ดาวยักษ์แดง มีอุณหภูมิผิวต่ำ ดาวฤกษ์แต่ละดวงจะมีสิ่งที่เหมือนกัน คือ องค์ประกอบหลัก ได้แก่ ธาตุไฮโดรเจน และธาตุฮีเลียม พลังงานของดาวฤกษ์ทุกดวงเกิดจากปฏิกิริยาเทอร์มอนิวเคลียร์ที่แก่นกลาง ของดาว แต่สิ่งที่ต่างกันของดาวฤกษ์ ได้แก่ มวล อุณหภูมิผิว ขนาด อายุ ระยะห่างจากโลก สี ความสว่าง ธาตุที่เป็นองค์ประกอบ และวิวัฒนาการที่ต่างกัน

6.5 เนบิวลา แหล่งกำเนิดดาวฤกษ์

เนบิวล่าคือกลุ่มของก๊าซและฝุ่นผงที่รวมตัวกันอยู่ในอวกาศ เนบิวล่ามาจากภาษาลาติน แปลว่า "เมฆ"   เพราะเมื่อเราใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดู จะเห็นเป็นฝ้าขาวคล้ายกลุ่มเมฆ เนบิวล่าเป็นวัตถุหนึ่งในเอกภพที่มีความสำคัญมากๆ เพราะดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ล้วนเกิดขึ้น มาจากเนบิวล่าทั้งสิ้น เนบิวล่าที่เราเห็นนั้นความจริงมีขนาดใหญ่โตมโหราฬมาก บ้างก็มีเส้นผ่าศูนย์กลางถึง 10 ปีแสง บ้างก็ใหญ่กว่า ระบบสุริยะของเราถึง 10 เท่า  เช่นเนบิวล่าสว่าง M42 ในกลุ่มดาวนายพราน ซึ่งกำลังก่อตัวให้เกิดระบบสุริยะใหม่ สามารถก่อกำเนิดดาวฤกษ์ใหม่ได้นับพันดวง และเนบิวล่าส่วนใหญ่จะไกลจากเรามากนับ 10 นับ 100 ปีแสง แต่ไม่ไกลเกินระบบทางช้างเผือกของเรา เพราะเนบิวล่าเป็นสมาชิกส่วนหนึ่งของกาแลกซี่ทางช้างเผือก

6.6 ระบบดาวฤกษ์

 คือ ดาวฤกษ์กลุ่มเล็กๆ จำนวนหนึ่งที่โคจรอยู่รอบกันและกัน โดยมีแรงดึงดูดระหว่างกันทำให้จับกลุ่มกันไว้ เช่น ดาวซีรีอัส ซึ่งเป็นดาวคู่ เป็นระบบดาวฤกษ์ 2 ดวง เคลื่อนรอบซึ่งกันและกันด้วยแรงโน้มถ่วง ดาวแอลฟาเซนเทารี เป็นระบบดาวฤกษ์ 3 ดวง ระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวฤกษ์เป็นจำนวนมาก เราเรียกว่า กระจุกดาว เช่น กระจุกดาวลูกไก่ ซึ่งมีดาวฤกษ์มากกว่าร้อยดวง กระจุกดาวทรงกลมเอ็ม 13มีดาวฤกษ์มากกว่าแสนดวง สาเหตุที่เกิดดาวฤกษ์เป็นระบบต่างๆกัน เพราะเนบิวลาเนบิวลาต้นกำเนิดมีปริมาณและขนาดต่างๆกัน 

6.7 มวลของดาวฤกษ์

มวลของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกัน เพราะเนบิวลาที่ก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์มีมวลไม่เท่ากัน มวลจึงเป็นสมบัติที่แตกต่างกันของดาวฤกษ์ นักดาราศาสตร์สามารถหามวลของดาวฤกษ์ได้หลายวิธี เช่น การใช้กฎเคพเลอร์ในการหามวลของดวงอาทิตย์ หรือ จากการสังเกตแสงจากดาว

คลิปวิดีโอความรู้เพิ่มเติม