13 / 62
13
ปีที่ 42 ฉบับที่ 189 กรกฎาคม - สิงหาคม 2557
ขั้นตอนที่ 1 งมเข็มในมหาสมุทร
ในทศวรรษที่ผ่านมาทีมนักวิจัยได้วัดความสว่างและสีของดาวฤกษ์
ทุกดวงในกระจุกดาวแห่งหนึ่ง ในขั้นตอนนี้เราศึกษาทั้งดาวฤกษ์ที่เผาไหม้
ไฮโดรเจนซึ่งมีความสว่างมากกว่ารวมถึงตอนที่เป็นดาวยักษ์
ในกระบวนการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ และยังค้นหาร่องรอยของ
ดาวแคระขาวที่มีความสว่างน้อยกว่ามากดาวแคระขาวเหล่านี้ก็เคยเผาไหม้
ไฮโดรเจนในแกนกลางของมันเช่นกันในอดีตที่ผ่านมาไม่นาน แต่ว่ามัน
ด�
ำเนินไปเร็วกว่าดาวฤกษ์อื่นๆในกระจุกดาวเนื่องจากมีมวลตั้งต้นมากกว่า
เมื่อเร็ว ๆ นี้คาลิไรและคณะได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลใน
การสังเกตการณ์กระจุกดาวทรงกลม 47 Tucanae (NGC 104)
ในกลุ่มดาวนกทูแคน (Tucana) ภาพคมชัดที่ได้จากฮับเบิลช่วยให้เห็น
ดาวแคระขาวที่จางที่สุดที่โชติมาตรเกือบ30คาลิไรและคณะได้ก�
ำหนด
ต�
ำแหน่งของดาวฤกษ์ทั้งหมดบนแผนภูมิเอช-อาร์ จากแผนภูมิสามารถ
ใส่ข้อจ�
ำกัดที่เข้มงวดจากคุณสมบัติพื้นฐานของแต่ละกระจุกดาวลงไป
เช่น อายุของกระจุกดาว เนื่องจากวิวัฒนาการของดาวฤกษ์เชื่อมโยง
กับมวลของดาวฤกษ์ในตอนก�
ำเนิด ในการระบุอายุของกระจุกดาว
สามารถเห็นได้ว่ามวลใดของดาวฤกษ์ในกระจุกดาวที่ยังคงเผาไหม้
ไฮโดรเจน และมวลใดที่ได้วิวัฒนาการผ่านจุดนั้นไปแล้ว โดยใช้แผนภูมินี้
เราสามารถวัดจ�
ำนวนประชากรของดาวแคระขาวที่สว่างกว่า ซึ่งจะถูก
ศึกษาเพิ่มเติมในรายละเอียดโดยกล้องโทรทรรศน์อื่นต่อไป ทีมนัก
ดาราศาสตร์ทีมอื่น ๆ ท�
ำงานกับกลุ่มของคาลิไรเพื่อสร้างแผนภูมิที่
คล้ายคลึงกันโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ทั้งที่อยู่บนภาคพื้นและที่อยู่
ในอวกาศในการศึกษากระจุกดาวต่าง ๆ ที่มีอายุระหว่าง 50 ล้าน
ถึง 13,000 ล้านปี โดยที่ 47 Tuc มีอายุประมาณ 10,500 ล้านปี
ความสว่างและสี
เส้นทางของดาวยักษ์
แดงของกระจุกดาวทรง
กลม 47 Tucanae
ดาวฤกษ์ที่เผาไหม้
ไฮโดรเจนในกระจุกดาว
47 Tucanae (ล�
ำดับหลัก)
ดาวฤกษ์ของเมฆ
แมเจลแลนเล็กในพื้นหลัง
ดาวแคระขาวในกระจุก
ดาวทรงกลม 47 Tucanae
น�้
ำเงิน ขาว เหลือง ส้ม แดง
สี
แผนภูมิเฮิรตซ์สปรุง-รัสเซลล์แสดงความสว่างของดาวฤกษ์ในกระจุกดาวทรงกลม
47 Tucanae ตามแกน Y และสีของดาว (ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิ) ตามแกน X
ข้อมูลแสดงถึงประชากร 3 กลุ่มภายในกระจุกดาวทรงกลมรวมถึงดาวฤกษ์ที่เผาไหม้
ไฮโดรเจนในกาแล็กซีแคระ (เมฆแมเจลแลนเล็ก) ที่อยู่บนพื้นหลัง กาแล็กซีนี้อยู่
ห่างจาก 47 Tuc ออกไปทางด้านหลัง 200,000 ปีแสง
47 Tucanae (NGC 104) หรือ 47 Tuc เป็นกระจุกดาวทรงกลมที่อยู่ใน
กลุ่มดาวนกทูแคน (Tucana) อยู่ห่างจากโลกราว 15,000 ปีแสง และมี
ความกว้างของกระจุกดาวที่กินระยะทางถึง 120 ปีแสง ประกอบด้วยดาว
แคระขาวหลายพันดวง กระจุกดาวทรงกลมนี้สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
โดยมีค่าโชติมาตรปรากฏ 4.03
ขั้นตอนที่ 2 ใช้ประโยชน์จากห้องปฏิบัติการตามธรรมชาติ
หนึ่งในคุณสมบัติที่เด่นมากที่สุดอย่างหนึ่งของดาวแคระขาว
คือความหนาแน่นของมัน มวลของดาวแคระขาวที่เป็นแบบ
ฉบับมีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ แต่มีขนาดใกล้
เคียงกับขนาดของโลก ดังนั้นความหนาแน่นสสารของดาวแคระ
ขาวอาจจะมีค่าสูงกว่าค่าเฉลี่ยของดวงอาทิตย์หนึ่งล้านเท่า
เนื่องจากความหนาแน่นของดาวแคระขาวมีค่าสูงมาก เรา
จึงเรียกซากที่เหลืออยู่ของดาวฤกษ์ว่าเป็นห้องปฏิบัติการสสาร
ควบแน่นตามธรรมชาติ ความดันที่พื้นผิวของดาวแคระขาวสูง
มากเนื่องจากความหนาแน่นของมัน และสิ่งนี้ท�
ำให้มันมีลักษณะ
ทางแสงที่มีลักษณะเฉพาะหรือมีสเปกตรัมที่ไม่เหมือนกับของ
ดาวฤกษ์อื่นใด สเปกตรัมเหล่านี้เก็บร่องรอยที่ส�
ำคัญเกี่ยวกับ
คุณสมบัติของดาวฤกษ์ไว้ ส�
ำหรับดาวแคระขาว “ปกติ” ที่มี
อุณหภูมิราว 20,000 ถึง 30,000 เคลวิน สเปกตรัมแสดงเส้นที่
มีร่วมกันของธาตุไฮโดรเจน แต่เส้นเหล่านี้ดูไม่คล้ายเลยกับที่จะ
สังเกตพบในห้องปฏิบัติการหรือแม้แต่จากดาวฤกษ์ที่เป็นแบบ
ฉบับมากกว่าซึ่งร้อนและเผาไหม้ไฮโดรเจนเช่นดาวซิริอุส เอ
(Sirius A) ความดันบนพื้นผิวของดาวแคระขาวท�
ำให้เส้นดูด
กลืนไม่ชัดเจน คือมีความกว้างของเส้นสเปกตรัมมากกว่าของ
ดาวฤกษ์ปกติ 5 – 10 เท่า
โชติมาตรที่มองเห็น
Visible magnitude