12 / 62
อะไรที่หายไป??
ปะติดปะต่อ
12
นิตยสาร สสวท.
เราทราบว่าช่วงเวลาแห่งความสงบอันยาวนานกินเวลาส่วนใหญ่
ของช่วงชีวิตดาวฤกษ์ภายหลังการก่อตัวของดาวฤกษ์ใหม่ๆแกนกลาง
ของมันจะมีอุณหภูมิหลายสิบล้านองศา ซึ่งร้อนมากพอที่จะหลอม
ไฮโดรเจนเข้าด้วยกันไปเป็นฮีเลียมและพลังงาน ในช่วงระยะของ
“การเผาไหม้”ทางนิวเคลียร์นั้นลักษณะที่ปรากฏของดาวฤกษ์
ยังค่อนข้างเสถียรมีการเปลี่ยนแปลงของความสว่างขนาดและอุณหภูมิ
เพียงเล็กน้อย ในตอนปลายชีวิตดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ที่มีมวลน้อยกว่า
10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกใช้จนหมด
ดาวจะพองออกและสลัดชั้นนอก ๆ ออกไป แกนกลางจะเย็นตัวลง
เมื่อเวลาผ่านไปกลายเป็น“ดาวแคระขาว”อันเป็นซากที่
ประกอบด้วยคาร์บอนและออกซิเจน (เนื่องจากธาตุเหล่านี้เป็น
ผลผลิตจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันของไฮโดรเจนและฮีเลียม
ในแกนกลางของดาวฤกษ์) และชั้นบาง ๆ ของไฮโดรเจนบนผิว
และเนื่องจากไม่มีแหล่งพลังงานนิวเคลียร์มันจึงเย็นตัวลงตามกาลเวลา
และแผ่รังสีความร้อนที่เก็บไว้ออกไป
เรามีความเข้าใจที่แจ่มแจ้งแล้วเกี่ยวกับขั้นการเผาไหม้ไฮโดรเจน
และขั้นดาวแคระขาวในวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ แต่การติดตาม
ว่าเกิดอะไรขึ้นในระหว่างกลางยังคงเป็นปริศนาอันยิ่งใหญ่
ในช่วงเวลาเหล่านี้เองที่ดาวฤกษ์ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงมากมาย
และสามารถเปลี่ยนแปลงขนาดได้อย่างรวดเร็วเป็นหลักหลาย ๆ
หมื่นเท่า วิวัฒนาการนี้เกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์ที่ใช้ไฮโดรเจนในแกน
กลางจนหมดเริ่มเผาไหม้ไฮโดรเจนบริเวณที่ห่อหุ้มส่วนที่อยู่ด้านใน
ชั้นด้านนอกของดาวฤกษ์เริ่มกระจัดกระจายและขยายตัว ซึ่งเรา
เรียกว่าดาวยักษ์แดง ในขั้นตอนนี้ดาวฤกษ์จะมีความสว่างมากกว่า
ดาวแคระขาวที่มีอุณหภูมิเท่า ๆ กันมาก เนื่องจากมีการปลด
ปล่อยพลังงานออกจากพื้นที่ผิวที่มากกว่า
เมื่อดาววิวัฒนาการต่อไปใน “เส้นทางของดาวยักษ์แดง”
ตามชื่อที่มันถูกเรียกบนแผนภูมิเอช-อาร์ โดยจะมีความสว่างมาก
ขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ลมดาวฤกษ์ (stellar wind)
1
สามารถขับดัน
ชั้นนอกออกไปจากดาวฤกษ์และทิ้งมันไปในสิ่งแวดล้อมที่อยู่รอบ ๆ
ขนาดของมวลที่ดาวฤกษ์ทิ้งไปในตอนที่เป็นดาวยักษ์แดงจะเป็น
ตัวก�
ำหนดอนาคตของดาวฤกษ์โดยตรง
1
ลมดาวฤกษ์ คือ การไหลของสสาร (โปรตอน อิเล็กตรอน และอะตอมของโลหะที่
หนัก) ซึ่งถูกขับออกมาจากดาวฤกษ์ ลมนี้มีลักษณะพิเศษคือเป็นการไหลออกอย่าง
ต่อเนื่องของสสารที่เคลื่อนที่ในอัตราเร็วระหว่าง 20 ถึง 2,000 กิโลเมตรต่อวินาที
หลังจากขั้นดาวยักษ์แดง ดาวฤกษ์จะเผาไหม้ฮีเลียมในแกนกลาง
ของมันและมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและขนาดอีกครั้งเมื่อดาวฤกษ์
เคลื่อนที่ไปตาม “เส้นก�
ำกับตามเส้นทางดาวยักษ์ (asymptotic
giant branch)”และเผาไหม้ฮีเลียมที่ล้อมรอบอยู่ ช่วงชีวิตของ
ดาวฤกษ์ตามเส้นทางนี้ขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ใช้ในการพ่นแก๊สที่ห่อหุ้ม
อยู่ออกไปจนหมดรวมถึงความสว่างที่มันจะไปถึง ถ้าดาวฤกษ์สูญเสีย
สิ่งห่อหุ้มอย่างรวดเร็วขั้นวิวัฒนาการจะสิ้นสุดลงและก่อตัวเป็น
ดาวแคระขาว แต่ถ้าดาวฤกษ์สูญเสียสสารไปอย่างช้า ๆ มันจะมีชีวิต
อยู่บนเส้นก�
ำกับตามเส้นทางดาวยักษ์นานขึ้นและด�
ำเนินต่อไป
จนมีความสว่างมากขึ้นและพองตัวมากขึ้น การทราบว่าดาวฤกษ์สูญเสีย
สสารไปมากเพียงไรช่วยให้เราเข้าใจระยะต่อมาของวิวัฒนาการดาวฤกษ์
เราสามารถใช้การสังเกตสีและความสว่างของดาวฤกษ์ รวมทั้งใช้
แบบจ�
ำลองที่ท�
ำนายถึงผลของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่ส่งผลต่อ
สเปกตรัมปรากฏ (emergent spectrum) เพื่อที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับ
คุณสมบัติต่าง ๆ เช่นอายุองค์ประกอบทางเคมีและอัตราการเกิดของ
ดาวฤกษ์ ของกาแล็กซีที่ดาวฤกษ์เหล่านั้นอาศัยอยู่
คาลิไร (Kalirai) และคณะได้ศึกษาดาวฤกษ์หลายดวงในระยะต่าง ๆ
ของวิวัฒนาการเพื่อที่จะปะติดปะต่อกระบวนการเข้าด้วยกัน การจะหา
ว่าดาวฤกษ์สูญเสียสสารไปเพียงใดในวิวัฒนาการนั้น เราจ�
ำเป็น
ต้องทราบมวลตั้งต้นและมวลสุดท้ายของดาวฤกษ์ดวงเดียวกัน
แต่มาตราส่วนเวลา (timescale) ในช่วงเวลาหลายล้านถึง
หลายพันล้านปีก็ยาวนานเกินไปที่จะเฝ้าดูดาวฤกษ์ดวงใดดวงหนึ่ง
วิวัฒนาการ เราไม่มีทางเลยที่จะอนุมานคุณสมบัติสุดท้ายของ
ดาวแคระขาวจากดาวฤกษ์ที่เผาไหม้ไฮโดรเจนที่ก�
ำลังฉายแสง
อยู่บนท้องฟ้าในเวลากลางคืน ในท�
ำนองเดียวกัน เราก็ไม่มีทางที่จะ
อนุมานมวลดาวฤกษ์ในตอนตั้งต้นของดาวแคระขาวที่อยู่ใกล้เคียง
ในความเป็นจริงเรามีห้องปฏิบัติการที่จะใช้จัดการกับปัญหาซึ่งก็คือ
กระจุกดาวต่าง ๆ อันเป็นสภาพแวดล้อมของดาวฤกษ์หลายพันดวง
ที่ล้วนมาจากแหล่งเดียวกัน ดาวฤกษ์ทุกดวงภายในกระจุกดาว
ก่อก�
ำเนิดในเวลาเดียวกันและมีองค์ประกอบเหมือนกัน แต่มีมวลที่
หลากหลายต่างกัน แต่ละกระจุกดาวให้ข้อมูลดาวฤกษ์ที่อายุหนึ่ง ๆ
เราจึงสามารถเห็นผลกระทบที่วิวัฒนาการของดาวฤกษ์มีต่อดาวฤกษ์
ที่มีมวลต่างกันได้โดยตรง
เพื่อที่จะส�
ำรวจทั้งระยะแรกเริ่มและระยะสุดท้ายในเวลาเดียวกัน
และเพื่อที่จะวัดว่าดาวฤกษ์สูญเสียมวลไปเท่าใดในวิวัฒนาการ เรา
สามารถใช้กระบวนการ 3 ขั้นตอนต่อไปนี้