วันอาทิตย์ที่ 22 มกราคม พ.ศ. 2560

การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์

                                            การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์             

       ก้อนแก๊สร้อนขนาดใหญ่มีองค์ประกอบส่วนใหญ่ประมาณ 99% เป็นธาตุไฮโดรเจน รองลงมาคือฮีเลียมรวมตัวอยู่ในสภาวะสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงที่มีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางกับแรงดันของแก๊สในทิศทางตรงกันข้าม

ดาวฤกษ์ทุกดวงมีธรรมชาติที่เหมือนกันอยู่ 2 อย่าง คือ

1. สามารถสร้างพลังงานได้ด้วยตนเอง

2. มีวิวัฒนาการ              

       - การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยจะทำให้เกิดพวกธาตุเบา เช่น ฮีเลียม ลิเทียม เบริลเรียม         

       - การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากจะทำให้เกิดพวกธาตุหนัก เช่น เหล็ก ทองคำ ยูเรเนียม ออกมาด้ว

วิวัฒนาการดาวฤกษ์              

       ดาวฤกษ์ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของ เนบิวลา หรือกล่าวอีกอย่างว่าเนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ทุกประเภทแต่จุดจบของดาวฤกษ์จะต่างกันขึ้นอยู่กับมวลของดาว        

       ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากจะใช้เชื้อเพลิงในอันตรายที่น้อย จึงมีช่วงชีวิตยาวและจบชีวิตลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์       

       ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่มีมวลมาก สว่างมาก จะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราที่สูงมาก จึงมีช่วงชีวิตที่สั้นกว่าและจบชีวิตด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง

วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสารต่างๆ กันวาระสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มากๆ จะเป็นหลุมดำ (บน) ดาวฤกษ์มวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มาก จะกลายเป็นดาวนิวตรอน (กลาง) และวาระสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลสารน้อย เช่น ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวแคระ (กลาง)

จากภาพ วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ดวงอาทิตย์ของเราจะมีชีวิตในวาระสุดท้ายอย่างไร

       จุดจบของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากคือการะเบิดอย่างรุนแรงที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (supernova)  แรงโน้มถ่วงจะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอน หรือ หลุมดำ ในขณะเดียวกันก็มี แรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนักต่างๆ เช่น ยูเรเนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาดกระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่น ระบบสุริยะก็กำเนิดจากเนบิวลารุ่นหลัง ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆ ทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้นเนบิวลา ดาวฤกษ์ การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆ และชีวิตบนโลกจึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง (supernova)  แรงโน้มถ่วงจะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอน หรือ หลุมดำ ในขณะเดียวกันก็มี แรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนักต่างๆ เช่น ยูเรเนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาดกระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่น ระบบสุริยะก็กำเนิดจากเนบิวลารุ่นหลังซึ่งถูกสาดกระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่น ระบบสุริยะก็กำเนิดจากเนบิวลารุ่นหลัง ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆ ทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้นเนบิวลา ดาวฤกษ์ การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆ และชีวิตบนโลกจึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง

กำเนิดและวิวัฒนาการของดวงอาทิตย์

       ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลางและอยู่ใกล้โลกที่สุด จึงเป็นดาวฤกษ์ที่นักดาราศาสตร์ศึกษามากที่สุดเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ดวงอื่นๆดวงอาทิตย์เกิดจากยุบรวมตัวของเนบิวลา เมื่อประมาณ 5,000 ล้านปี มาแล้ว และจะฉายแสงสว่างอยู่ในสภาพสมดุลเช่น ทุกวันนี้ต่อไปอีกประมาณ 5,000 ล้านปี

วิวัฒนาการของดวงอาทิตย์จากเนบิวลาจนกลายเป็นดาวแคระขาว

การยุบตัวของเนบิวลาเกิดจากแรงโน้มถ่วงของเนบิวลาเอง เมื่อแก๊สยุบตัวลง ความดันของแก๊สจะสูงขึ้น ผลที่ตามมาคืออุณหภูมิของแก๊สจะสูงขึ้นด้วยนี่คือธรรมชาติของแก๊สในทุกสถานที่ ที่แก่นกลางของเนบิวลาที่ยุบตัวลงนี้ จะมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ขอบนอกเมื่ออุณหภูมิแกนกลางสูงมากขึ้นเป็นหลายแสนองศาเซลเซียส เรียกช่วงนี้ว่า ดาวฤกษ์ก่อนเกิด” (protostar) เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงให้แก๊สยุบตัวลงไปอีกความดัน ณ แก่นกลางสูงขึ้น และอุณหภูมิก็สูงขึ้นเป็น 15 ล้านเคลวินซึ่งมีอุณหภูมิสูงมากพอที่จะเกิด ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์(thermonuclear reaction) หลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนเป็นนิวเคลียสฮีเลียมเมื่อเกิดความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงกับแรงดันของแก๊สร้อนทำให้ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่สมบูรณ์เมื่อเกิดความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงกับแรงดันของแก๊สร้อนทำให้ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่สมบูรณ์

แสดงความสมดุลระหว่างแรงดันกับแรงโน้มถ่วง

พลังงานของดวงอาทิตย์เกิดที่แก่นกลางซึ่งเป็นชั้นในสุดของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิและความดันสูงมาก ทำให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่แก่นกลางดวงอาทิตย์ซึ่งเกิดจากโปรตอนหรือนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน นิวเคลียส หลอมไปเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม 1 นิวเคลียสพร้อมกับเกิดพลังงานจำนวนมหาศาล

จากปฏิกิริยาพบว่ามีมวลส่วนหนึ่งหายไปมวลที่หายไปนั้นเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน         

ซึ่งสามารถคำนวณได้จากสูตรความสัมพันธ์ระหว่างมวล (m) และพลังงาน (E) ของไอนส์ ไตน์
E= mcเมื่อ คืออัตราเร็วของแสงในอวกาศเท่ากับ 30,000 กิโลเมตร/วินาที
นักวิทยาศาสตร์คาดคะเนว่าในอนาคตเมื่อธาตุไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลือน้อยแรงโน้มถ่วง เนื่องจากมวลของดาวโลกสูงกว่าความดัน ทำให้ดาวยุบตัวลง ส่งผลให้แก่นกลางของดาวฤกษ์มีอุณหภูมิสูงขึ้นมากกว่าเดิมเป็น100 ล้านเคลวิน จนเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียสหลอมรวมนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมเป็นนิวเคลียสของคาร์บอนในขณะเดียวกันไฮโดรเจนที่เป็นเปลือกอยู่รอบนอกแก่นฮีเลียม จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตามไปด้วยเมื่ออุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียสหลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมครั้งใหม่ผลก็คือได้พลังงานออกมาอย่างมหาศาลทำให้ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็น 100 เท่าของขนาดปัจจุบัน เมื่อผิวด้านนอกขยายตัว อุณหภูมิมีผิวจะลดลง สีจะเปลี่ยนจากเหลืองเป็นแดงดวงอาทิตย์จึงกลายเป็นดาวฤกษ์สีแดงขนาดใหญ่มาก เรียกว่า ดาวยักษ์แดง (red giant) เป็นช่วงที่พลังงานถูกปล่อยออกจากดวงอาทิตย์ในอัตราสูงมากดวงอาทิตย์ช่วงชีวิตเป็นดาวยักษ์แดงค่อนข้างสั้น

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ Albert

Einstein (พ.ศ. 2422-2498) Einstein (พ.ศ. 2422-2498)
       ทุกวินาทีดวงอาทิตย์จะหลอมมวลของไฮโดรเจนประมาณ 600ล้านตัน ไปเป็นฮีเลียม 596 ล้านตันมวลจำนวนประมาณ 4 ล้านตันถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน โดยมวล 1กิโลกรัมจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน 9x1016 จูลทำให้ดวงอาทิตย์ผลิตพลังงานได้  3.85 x 1026  จูลต่อวินาทีหรือ 3.85 x 1026 วัตต์

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น