14 / 62
14
นิตยสาร สสวท.
เปรียบเทียบสเปกตรัม
ดาวยักษ์น�้
ำเงิน
ดาวแคระขาว
ดวงอาทิตย์
ความยาวคลื่น (นาโนเมตร)
เหนือม่วง มองเห็น ใต้แดง
ในขณะที่ดวงอาทิตย์แสดงแถบมืดของเส้นการดูดกลืนหลายเส้น ดาวฤกษ์ที่
ร้อนกว่ามีเส้นสเปกตรัมง่าย ๆ ที่แสดงเพียง “ล�
ำดับบาลเมอร์” ของไฮโดรเจน
ดาวแคระขาวที่ก่อตัวขึ้นใหม่มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิของดาวยักษ์
น�้
ำเงินที่ร้อน ดังนั้นจึงแสดงเส้นบาลเมอร์ให้เห็นเช่นกัน แต่เนื่องจาก
ความดันที่รุนแรงบนพื้นผิวของดาวแคระขาว เส้นการดูดกลืนเหล่านี้จึง
“ถูกท�
ำให้กว้างขึ้นจากความดัน” และมีความกว้างมากกว่าของดาวฤกษ์ที่
เผาไหม้ไฮโดรเจนอยู่มาก โดยการสังเกตเส้นบาลเมอร์เหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์
สามารถวัดอุณหภูมิของซากและแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวได้อย่างถูกต้อง
เพื่อที่จะสังเกตเส้นสเปกตรัมที่กว้างมากขึ้นเหล่านี้ คาลิไรและคณะ
อาศัยเครื่องมือพิเศษที่เรียกว่า สเปกโทรกราฟ (spectrograph)
เพื่อแยกแสงจากดาวฤกษ์ โดยเจาะจงใช้สเปกโทรกราฟส�
ำหรับ
วัตถุหลายชิ้นบนกล้องโทรทรรศน์ขนาด 10 เมตร เช่น
กล้องโทรทรรศน์เค็ก (Keck telescope) ในรัฐฮาวาย สหรัฐอเมริกา
เพื่อที่จะวัดสเปกตรัมของดาวแคระขาวนับเป็นโหล ๆ ในกระจุกดาว
แห่งหนึ่งในเวลาเดียวกัน จากนั้นเปรียบเทียบแบบจ�
ำลองคอมพิวเตอร์
ของเส้นสเปกตัมไฮโดรเจนเหล่านั้นกับสเปกตรัมของดาวแคระขาว
เพื่อวัดความดันบนพื้นผิว อุณหภูมิ และแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของมัน
จากสารสนเทศนี้ท�
ำให้สามารถค�
ำนวณมวลของดาวฤกษ์ในปัจจุบัน
ได้อย่างถูกต้อง ทั้งยังทราบว่าดาวฤกษ์มีมวลขนาดดังกล่าวมานาน
เพียงไรนับตั้งแต่ดาวฤกษ์แรกเริ่ม (original star) พ่นชั้นแก๊สภายนอก
ออกมาและเหลือไว้เพียงแกนกลาง
ขั้นตอนที่ 3 น�
ำมันมาไว้ด้วยกัน (รวบรวม)
อายุของแต่ละกระจุกดาว (ที่หาได้ในขั้นตอนที่ 1) เป็นอายุเดียวกัน
กับอายุของดาวฤกษ์ทุกดวงที่เป็นสมาชิกอยู่ ส�
ำหรับดาวแคระขาว
ค่าดังกล่าวคือผลรวมของเวลาเย็นตัวที่หาได้เป็นที่เรียบร้อยแล้ว
ของแต่ละซากและช่วงชีวิตในการเผาไหม้ไฮโดรเจนของดาวฤกษ์ตั้งต้น
นั่นหมายความว่าเราสามารถค�
ำนวณช่วงชีวิตของดาวฤกษ์ตั้งต้น
โดยใช้สมการต่อไปนี้
อายุของกระจุกดาว – เวลาในการเย็นตัวลงของดาวแคระขาว = ช่วงชีวิตของดาวฤกษ์ตั้งต้น
เราสามารถหาที่มาของมวลของดาวฤกษ์ตั้งต้นโดยการใช้
แบบจ�
ำลองทางทฤษฎีที่ได้รับการทดสอบมาเป็นอย่างดีที่อายุนั้น
วิธีการใหม่ช่วยให้เราสามารถส�
ำรวจได้ทั้งมวลตั้งต้นและมวลสุดท้าย
ของดาวฤกษ์ดวงเดียวกัน
สูญเสียมวลไปมากเท่าใด
ภายหลังจากที่ใช้การค�
ำนวณนี้
กับสิ่งที่สังเกตได้จากดาวแคระขาวในกระจุกดาวใกล้เคียงเป็นเวลา
นับหลายทศวรรษรวมถึงผลที่ได้จากการศึกษา 47 Tuc ของคาลิไร
และคณะ ท�
ำให้ค้นพบว่าดาวฤกษ์ที่เผาไหม้ไฮโดรเจนจะสูญเสียมวล
ของมันไปมากในวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า
ก็จะสูญเสียมวลสารมากเป็นสัดส่วนกัน ตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์
ที่ถือก�
ำเนิดโดยมีมวลห้าเท่าของมวลดวงอาทิตย์จะสูญเสียมวล
ร้อยละ 80 ในวิวัฒนาการ และจบชีวิตลงในรูปของดาวแคระขาว
มวลมาก โดยมีมวลเท่ากับมวลของดวงอาทิตย์โดยประมาณ (ดาวซิริอุส บี
ซึ่งเป็นดาวแคระขาวที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด สอดคล้องกับ
การท�
ำนายนี้เนื่องจากมันมีมวลโดยประมาณเท่ากับดวงอาทิตย์)
ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่เช่นนี้พบได้น้อยกว่าเนื่องจากธรรมชาติ
สร้างดาวฤกษ์มวลน้อยเป็นจ�
ำนวนมากกว่าดาวฤกษ์มวลมากอยู่มาก
ในขณะที่วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์น�
ำไปสู่
ดาวแคระขาวที่มีคาร์บอนและออกซิเจนเป็นองค์ประกอบซึ่งดูเป็น
แบบฉบับมากกว่า บรรพบุรุษของดาวแคระขาวที่มีมวลมากเช่นนี้
อาจพัฒนาไปจนมีอุณหภูมิและความหนาแน่นที่สูงกว่ามาก
ในสภาพแวดล้อมที่สุดขีดนี้ แม้แต่คาร์บอนและออกซิเจนในแกนกลาง
ของดาวก็สามารถหลอมตัวกลายเป็นธาตุที่หนักขึ้นเช่นนีออน
และแมกนีเซียม ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่าแกนกลางของ
ดาวแคระขาวที่มีมวลมากเหล่านี้มีองค์ประกอบต่างจากดาวฤกษ์
ที่ “เป็นแบบฉบับ” มากกว่า ส�
ำหรับดาวฤกษ์ที่มีขนาดปานกลาง
คือมีมวลราวสองถึงสามเท่าของมวลดวงอาทิตย์ มันจะสูญเสียมวล
ราว 2 ใน 3 ถึง 3 ใน 4 ของมวลของมัน
ดาวยักษ์น�้
ำเงิน
ดาวแคระขาว
ดวงอาทิตย์