6.8 มวลของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์มวลสูง
ดาวฤกษ์มวลสูง (High Mass Stars) เป็นดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่และมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่าหรือหลายสิบเท่า ในแผนภาพเฮิทซ์ปรุง – รัสเซล ดาวฤกษ์มวลสูงจะมีตำแหน่งอยู่บริเวณด้านบนซ้ายของแถบกระบวนหลัก (Main Sequence) แสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์มวลสูงมีความสว่างมากและมีอุณหภูมิสูง มีสีขาว น้ำเงินแกมขาว
การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์มวลสูงในช่วงเริ่มต้นจะมีลักษณะคล้ายดาวฤกษ์มวลต่ำ กล่าวคือ เกิดจากการยุบตัวของกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนในอวกาศ แต่เนื่องจากดาวฤกษ์ประเภทนี้ประกอบด้วยกลุ่มก๊าซขนาดใหญ่มาก จึงยุบตัวอย่างรวดเร็วในระยะก่อนกลายสภาพเป็นดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มวลประมาณ 3 เท่าของดวงอาทิตย์จะใช้เวลาเพียง 3 ล้านปี ในช่วงตั้งแต่กลุ่มก๊าซเริ่มยุบตัว จนกระทั่งกลายไปเป็นดาวฤกษ์ ส่วนดาวฤกษ์ที่มีมวลประมาณ 15 เท่าของดวงอาทิตย์ กลุ่มก๊าซใช้เวลายุบตัวเพียง 60,000 ปีเท่านั้น ก่อนกลายสภาพเป็นดาวฤกษ์
ก่อนกลายสภาพเป็นดาวฤกษ์ ขณะที่ดาวฤกษ์มวลสูงกลายเป็นดาวฤกษ์โดยสมบูรณ์แล้ว บริเวณใจกลางของดาวฤกษ์จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียหลอมนิวเคลียสของไฮโดรเจนกลายไปเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม โดยปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบวัฏจักรซีเอ็นโอ (CNO Cycle) การส่งถ่ายพลังงานบริเวณใจกลางของดาวฤกษ์มวลสูงจะเป็นแบบการพา (Convection)
ส่วนบริเวณใกล้ผิวดาวจะมีการส่งถ่ายพลังงานแบบการแผ่รังสี (Radiation) ชีวิตของดาวฤกษ์มวลสูงจะค่อนข้างสั้น ดาวฤกษ์ประเภทนี้อาจอยู่บนแถบกระบวนหลักเพียงไม่กี่ล้านปีเท่านั้น ขั้นตอนสุดท้ายของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสูง บริเวณแกนกลางของดาวฤกษ์ การเผาไหม้ไฮโดรเจนบริเวณใจกลางจะดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง กลายเป็นฮีเลียม มวลของฮีเลียมที่แกนกลางมากพอที่จะยุบตัวจนทำให้อุณหภูมิที่แกนกลางสูงพอที่จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลีย โดยมีฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิง และอุณหภูมิบริเวณแกนกลางอาจสูงถึงประมาณ 100 ล้านเคลวิน
ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถสังเคราะห์ธาตุหนัก เช่น คาร์บอน ออกซิเจน เป็นต้น ได้ เมื่อฮีเลียมที่แกนกลางของดาวฤกษ์ถูกเผาไหม้หมด แกนกลางซึ่งมีสภาพเป็นคาร์บอนและออกซิเจนจะยุบตัวลงอีก จนอุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียเผาไหม้ฮีเลียมบริเวณรอบ ๆ แกนคาร์บอนและออกซิเจน รวมทั้งบริเวณถัดออกไปอีกชั้นก็ยังเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เผาไหม้ไฮโดรเจนอีก ทำให้แกนกลางของดาวฤกษ์ยิ่งยุบตัวเร็วมากขึ้น ขณะที่เปลือกดาวเริ่มขยายตัวออก ทำให้กำลังส่องสว่างลดลง เรียกสภาวะดังกล่าวนี้ว่า “แขนงดาวยักษ์อะซิมโทติก (Asymtotic Giant Branch, AGB)”
สำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป จะมีการยุบตัวของแกนกลางจนอุณหภูมิสูงประมาณ 600 ล้านเคลวิน ทำให้นิวเคลียสของคาร์บอนหลอมรวมกันเอง กลายเป็นนิวเคลียสของธาตุหนักขึ้นไปอีก เช่น นีออน โซเดียม แมกนีเซียม ซิลิคอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน เป็นต้น ในที่สุดแกนกลางอาจสามารถสังเคราะห์ธาตุที่เสถียรที่สุดได้ ได้แก่ เหล็ก นั่นเอง ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ธาตุหนักที่แกนกลางดาวฤกษ์ จะทำให้แกนกลางมีการยุบตัวด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วเสียง เกิดคลื่นกระแทก (Shock Wave) ดันให้เปลือกดาวฤกษ์

ภาพตัวอย่างเนบิวลา

ระเบิดออกอย่างรุนแรง การระเบิดของเปลือกดาวฤกษ์ดังกล่าวจะทำให้มวลสารซึ่งมีทั้งธาตุหนักและเบามีการกระจายตัวออกไปสู่อวกาศ เรียกการระเบิดของเปลือกดาวฤกษ์ในลักษณะเช่นนี้ว่า “ซุปเปอร์โนวา (Supernova)” ตัวอย่างเช่น เนบิวลาปู (Crab Nebula) ในกลุ่มดาวราศีพฤษภ (Taurus) ซึ่งเกิดระเบิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1054 <br >
สำหรับดาวฤกษ์มวลสูงที่มีมวลไม่เกิน 10 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ แกนกลางจะยุบตัวกลายไปเป็นซากของดาวที่เรียกว่า “ดาวนิวตรอน (Neutron Star)” ซึ่งองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นอนุภาคนิวตรอนที่แกนกลาง
บริเวณรอบแกนกลางจะประกอบด้วยนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น เหล็ก อยู่ร่วมกับอิเล็กตรอนอิสระ ความหนาแน่นเฉลี่ยของดาวนิวตรอนที่มีรัศมีประมาณ 15 กิโลเมตร จะมีค่า 2 x 1014 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งมากขนาดที่ปริมาณดาวนิวตรอน 1 ช้อนชา เทียบได้กับน้ำหนักของประชากรบนโลกทั้งหมด
ดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงจะสามารถส่งคลื่นวิทยุออกมาได้เป็นห้วงๆ เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกเร่งให้ออกมาจากผิวของดาวนิวตรอนด้วยอำนาจสนามแม่เหล็กในตัวดาวเอง นักดาราศาสตร์จึงเรียกดาวนิวตรอนที่สามารถปล่อยคลื่นวิทยุเป็นห้วงๆ ดังกล่าวว่า “พัลซาร์” (Pulsar)
สำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลตั้งแต่ 10-30 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แกนกลมของดาวฤกษ์จะยุบตัวอย่างรุนแรง กลายสภาพเป็นซากดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็ก แต่ความหนาแน่นสูงมาก ๆ ความโน้มถ่วงที่สูงมากของซากดังกล่าวนี้มากจนแม้กระทั่งแสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกจากวัตถุดังกล่าวได้ เรียกซากของดาวฤกษ์ในลักษณะนี้ว่า “หลุมดำ (Black hole)” ถ้าหลุมดำอยู่ใกล้ดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่ง เช่น ในระบบดาวคู่ หลุมดำอาจดูดสสารที่เป็นองค์ประกอบของดาวฤกษ์ให้ตกลงสู่หลุมดำได้
เนื่องจากสสารดังกล่าวเป็นลักษณะก๊าซร้อนที่มีประจุไฟฟ้า ขณะที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เข้าสู่หลุมดำด้วยความเร็วสูง อาจปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง เช่น รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ จำนวนมหาศาลออกมาได้ ทำให้นักดาราศาสตร์ทราบว่าบริเวณนั้นเป็นหลุมดำ

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s