แถบกระบวนหลัก

(Main sequence)

นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กชื่อ Ejnar Hertzsprung และนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกาชื่อ Henry N. Russell ได้ค้นพบ Hertzsprung – Russell Diagram (H-R diagram) ในเวลาไล่เลี่ยกัน H-R diagram คือกราฟที่พล็อตระหว่างค่าอุณหภูมิและค่าความสุกสว่าง (Luminosity)  Hertzsprung & Russell (H & R) พบว่าเมื่อพล็อตค่าอุณหภูมิและค่าความสุกสว่างของดาวจำนวนมาก ดาวประมาณ 90% จะวางตัวเป็นแนวทแยงบน diagram ซึ่งต่อมาแนวนี้เรียกว่าแถบกระบวนหลัก (Main sequence)

 รูปที่ 3 แสดงแถบกระบวนการหลัก (Main sequence), ดาวยักษ์แดง (red giant) อยู่บริเวณขวาบนของไดอะแกรม

และดาวแคระขาว (white dwarf) อยู่บริเวณซ้ายล่างของไดอะแกรม

Image credit: http://www.daviddarling.info/images/HRdiagram.gif

เราจะเห็นแนวเส้นแถบกระบวนหลัก (Main sequence) ชัดยิ่งขึ้นเมื่อเพิ่มจำนวนดาวบน HR diagram อุณหภูมิของดาวบนแถบกระบวนหลัก (Main sequence) อยู่ในช่วงตั้งแต่ 3,000 องศาเคลวินจนถึง 30,000 องศาเคลวิน และมีช่วงความสุกสว่าง (Luminosity) ตั้งแต่ 10^-4  ถึง 10⁴ เท่าของความสุกสว่างของดวงอาทิตย์ ที่ด้านล่างของแถบกระบวนหลัก (Main sequence) จะมีกลุ่มดาวขนาดเล็กสีแดงชื่อกลุ่มดาวแคระแดง (red dwarf) ซึ่งนักดาราศาสตร์เชื่อว่าเป็นดาวฤกษ์ที่พบเห็นได้มากที่สุด คือ 80% ของดาวฤกษ์ในเอกภพ ที่ปลายด้านบนซ้ายของเส้นแถบกระบวนหลัก (Main sequence) จะพบว่ามีดาวกลุ่มที่มีขนาดใหญ่ร้อนมาก และสว่างสดใส ต่อมาจึงได้แยกออกเป็นอีกกลุ่ม เรียกว่ากลุ่มดาวยักษ์น้ำเงิน (blue giant)

H & R ยังพบว่ามีดาวอีกจำนวนหนึ่งที่ไม่อยู่บนแถบกระบวนหลัก (Main sequence) เช่นดาว Sirius B มีอุณหภูมิผิวประมาณ 24,000 องศาเคลวิน (ประมาณ 4 เท่าของดวงอาทิตย์) แต่มีค่าความสุขสว่างเป็น 0.04 เท่าของความสุกสว่างของดวงอาทิตย์ ทำให้ HR แปลกใจมาก จากนั้นจึงได้ทำการศึกษาค้นคว้าต่อไปจึงพบว่ามีดาวที่มีอุณหภูมิผิว type A อยู่อีกจำนวนหนึ่งที่มีคุณสมบัติคล้าย Sirius B เมื่อพล็อตดาวเหล่านั้นบน HR diagram บนว่าจะอยู่บริเวณด้านล่างซ้ายมือ เรียกว่าบริเวณนี้ว่าบริเวณดาวแคระขาว (white dwarf region ) และเรียกดาวที่อยู่บริเวณนี้ว่าดาวแคระขาว (white dwarf) เนื่องจากดาวกลุ่มนี้มีอุณหภูมิผิวสูงแต่มีความสว่างน้อยแสดงว่ามีขนาดเล็กมากจึงเรียกว่า ดาวแคระ

ยังมีดาวฤกษ์อีกกลุ่มหนึ่งที่มีอุณหภูมิผิวต่ำประมาณ 3,000 องศาเคลวิน แต่มีค่าความสุกสว่างเป็น 400 เท่าของความสุกสว่างของดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์กลุ่มนี้อยู่บริเวณขวาบนของ HR diagram และเราเรียกดาวฤกษ์กลุ่มนี้ว่าดาวยักษ์แดง (red giant) ปัจจุบันนักดาราศาสตร์พบว่าดาวฤกษ์บนท้องฟ้า 90% เป็นดาวบนแถบกระบวนหลัก (Main sequence), 9% เป็นดาวแคระขาว (white dwarf) และ 1% เป็นดาวยักษ์แดง (red giant)

HR diagram ยังแสดงให้เห็นว่า มวลของดาวฤกษ์มีความสำคัญต่อการวิวัฒนาการของดาวดวงนั้น H & R พบว่า หากดาวดวงนั้นถือกำเนิดมามีมวลมาก ตำแหน่งของดาวดวงนั้นจะอยู่ด้านบนซ้าย ดังนั้นดาวเหล่านี้ก็จะอายุไม่ยืน เพราะต้องใช้พลังงานมาก

อนาคตของดวงอาทิตย์

ปัจจุบันดวงอาทิตย์ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงหลักในปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวส์ชัน ต่อไปเมื่อไฮโดรเจนหมด ดวงอาทิตย์จะใช้ฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิง ขณะที่ดวงอาทิตย์ใช้ฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิงหลักนั้น แกน (core) ของดวงอาทิตย์จะหดลงและอุณหภูมิสูงขึ้น ในขณะเดียวกันผิวของดวงอาทิตย์จะขยายตัวประมาณ 200 เท่า กลายเป็นดาวยักษ์แดง (red giant) และในที่สุดเมื่อเชื้อเพลิงหมด ดวงอาทิตย์จะเหลือแต่แก่นกลางขนาดเล็ก และร้อนมาก เรียกว่า ดาวแคระขาว (white dwarf)

 รูปแสดงวัฏจักรของดวงอาทิตย์

Image credit: http://www.lcsd.gov.hk/CE/Museum/Space/EducationResource/Universe/framed_e/lecture/ch15/imgs/starlife.jpg

สำหรับดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ที่มีมวลมากกว่ามวลของดวงอาทิตย์มากๆ หลังจากฮีเลียมหมดแล้ว จะใช้คาร์บอนเป็นเชื้อเพลิง เมื่อคาร์บอนหมดจะใช้ออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิง และเมื่อออกซิเจนหมดจะใช้ซิลิกอนเป็นเชื่อเพลิง และในที่สุดเมื่อซิลิกอนหมดแกนกลางจะยุบตัวอย่างรวดเร็วความร้อนจากการที่ก๊าซยุบตัวตามแรงโน้มถ่วงกระตุ้นให้เกิดซูปเปอร์โนวา (supernova) หลังจากเกิดซูปเปอร์โนวาแล้ว ดาวฤกษ์นั้นจะกลายเป็นดาวนิวตรอนถ้ามวลตอนเริ่มต้นมีค่าประมาณ 20-50 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แต่หากมีมวลมากกว่านั้นจะกลายเป็นหลุมดำ

อ้างอิง

Lecture Note on Astrophysics by Assoc.Prof. Ruengsuk Songsathaporn