ระบบดาวคู่

ระบบดาวพหุ (Multiple Stars) เป็นระบบดาวที่ประกอบด้วยสมาชิกตั้งแต่สองดวงขึ้นไป โคจรรอบกันโดยมีรัศมีการโคจรที่ใกล้กันมากเมื่อเทียบกับดาวใกล้เคียงที่อยู่นอกระบบ เราพบว่า มากกว่าครึ่งหนึ่งของดาวฤกษ์บนท้องฟ้าอยู่ในระบบดาวซึ่งอาจเป็นระบบดาวคู่ (Binary Stars) หรือระบบดาวพหุก็ได้ การที่ดาวเหล่านี้อยู่ใกล้กันจะทำให้องค์ประกอบวงโคจรและสมบัติทางกายภาพ ตลอดจนการวิวัฒนาการของดาวได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงระหว่างดาวในระบบ
ระบบดาวคู่ที่ปรากฏโดยทั่วไปนั้น มีสองลักษณะ คือ ระบบดาวคู่แบบมองเห็นแยกกัน (Visual Binaries) ซึ่งเป็นระบบดาวคู่ที่มองดูผ่านกล้องโทรทรรศน์หรือตาเปล่า จะเห็นเป็นสองดวงอย่างชัดเจน กับระบบดาวคู่แบบใกล้ชิด (Close Binary Systems) ซึ่งเป็นระบบดาวคู่ที่อยู่ใกล้กันมาก จนไม่สามารถเห็นแยกจากกันได้ ไม่ว่าจะใช้กล้องดูดาวขนาดใดก็ตาม
อย่างไรก็ตาม ระบบดาวคู่สามารถจำแนกชนิดย่อยลงไปได้อีกตามลักษณะที่ค้นพบหรือศึกษา ดังนี้

1. ระบบดาวคู่แบบมองเห็นแยกกัน (Visual Binaries) ระบบดาวคู่ประเภทนี้สมาชิกทั้งสองดวงจะมองเห็นแยกกันได้ และสามารถสังเกตเห็นการโคจรของสมาชิกทั้งสองดวงรอบกันได้ โดยคาบการโคจรของระบบดาวคู่ประเภทนี้อาจใช้เวลาเพียงไม่กี่ปี ถึงหลายร้อยปี 
2. ระบบดาวคู่แบบการวัดทางดาราศาสตร์ (Astrometric Binaries) ระบบดาวคู่ประเภทนี้สมาชิกดวงหนึ่งจะมีความสว่างมากกว่าสมาชิกอีกดวงหนึ่ง ทำให้สามารถเห็นสมาชิกดวงสว่างได้เพียงดวงเดียวเท่านั้น แต่เมื่อทำการสังเกตจะพบว่า สมาชิกดังกล่าวมีการเคลื่อนที่แบบส่ายเป็นคาบ (Oscillatory Motion)รอบสมาชิกอีกดวงหนึ่งซึ่งมองไม่เห็น
3. ระบบดาวคู่สเปกโทรสโคปี (Spectroscopic Binaries) ระบบดาวคู่ประเภทนี้ไม่สามารถสังเกตเห็นสมาชิกทั้งสองดวงแยกกันได้ แต่พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเป็นคาบของตำแหน่งหรือการเลื่อนของเส้นสเปกตรัม อันเกิดขึ้นเนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) นั่นคือความเร็วในแนวเล็งของสมาชิกแต่ละดวงมีการเปลี่ยนแปลงแบบเป็นคาบ อันหมายถึงการเคลื่อนที่เข้าและออกจากผู้สังเกต

4. ระบบดาวคู่อุปราคา (Eclipsing Binaries) ระบบดาวคู่ประเภทนี้จะสังเกตเห็นเป็นดาวดวงเดียวเท่านั้นเนื่องจากสมาชิกทั้งสองอยู่ใกล้กันมาก แต่ถ้าระนาบวงโคจรของระบบดาวคู่ประเภทนี้ไม่อยู่ในแนวสายตาพอดี จะสามารถสังเกตเห็นการแปรแสงของดาวอันเป็นผลเนื่องมาจากดาวทั้งสองเคลื่อนที่บังกัน ระบบดาวคู่อุปราคาบางระบบยังจัดว่าเป็นระบบดาวคู่สเปกโทรสโคปีอีกด้วย
การสังเกตการณ์ระบบดาวคู่อุปราคาจะทำให้ได้กราฟแสง (Light Curve) ซึ่งบันทึกข้อมูลการลดลงหรือเพิ่มขึ้นของแสงจากระบบดาวคู่ที่เวลาต่างๆกัน ลักษณะของกราฟแสงที่มีการลดลงของเส้นกราฟหมายถึงมีการโคจรบังกันภายในระบบดาวตามแนวสังเกตการณ์ โดยถ้าสมาชิกดวงสว่างโคจรไปอยู่ด้านหลังสมาชิกที่สว่างน้อยกว่า ลักษณะกราฟแสงที่ได้ในเวลานั้น จะมีการลดลงของแสงในปริมาณที่มาก เรียกเป็นอุปราคาปฐมภูมิ (Primary Eclipse) และเรียกเวลานั้นเป็น ค่าต่ำสุดปฐมภูมิ (Primary Minimum, Min I)

ในทำนองกลับกัน ถ้าสมาชิกที่สว่างน้อยกว่า โคจรไปอยู่ด้านหลังสมาชิกดวงสว่างมาก กราฟแสงที่ได้ก็จะมีการลดลงของแสงเช่นกัน แต่ในปริมาณที่น้อยกว่า เรียกเป็นอุปราคาทุติยภูมิ (Secondary Eclipse) และเรียกเวลานั้นเป็นค่าต่ำสุดทุติยภูมิ (Secondary Minimum, Min II) การโคจรรอบกันของระบบดาวคู่หนึ่งรอบ จะเกิดการบังกันที่ทำให้ปริมาณแสงลดลงสองครั้ง ซึ่งเวลาที่ระบบดาวคู่โคจรรอบกันครบรอบโดยสมบูรณ์เรียกว่า คาบ (Period)



ตัวอย่างกราฟแสงที่ได้จากระบบดาวคู่อุปราคา โดยดาวดวงเล็กสว่างกว่าดาวดวงใหญ

ระบบดาวคู่อุปราคาสามารถจำแนกประเภทออกได้ตามลักษณะของกราฟแสงที่ได้จากการสังเกตการณ์เป็น 3 ประเภท โดยเรียกชื่อตามดาวที่เป็นต้นแบบของแต่ละประเภท คือ
1. ประเภทอัลกอล (Algol) กราฟแสงจะมีอุปราคาปฐมภูมิลึก แต่อุปราคาทุติยภูมิตื้น ส่วนช่วงนอกอุปราคาจะค่อนข้างสม่ำเสมอ ระบบดาวคู่ประเภทนี้สมาชิกทั้งสองจะแยกออกจากกันโดยเด็ดขาด และมีปฏิกิริยาต่อกันได้ด้วยแรงดึงดูดระหว่างกันเท่านั้น เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ระบบดาวคู่แบบแยกกัน(Detached Binary)



แบบจำลองของระบบดาวคู่ประเภทอัลกอล

2. ประเภทบีตา ไรรี (Beta Lyrae) กราฟแสงจะมีความโค้งสม่ำเสมอ และเห็นอุปราคาทุติยภูมิได้ชัด เนื่องจากการวิวัฒนาการของดาว ทำให้ดาวเกิดการขยายตัวออกอย่างช้าๆ จนถึงตำแหน่งที่ดาวดวงหนึ่งกลายเป็นรูปหยดน้ำที่มีปลายด้านแหลมชี้ไปยังดาวอีกดวงหนึ่ง ซึ่งตำแหน่งปลายแหลมนี้จะเป็นตำแหน่งที่จะเกิดการถ่ายเทมวลสารจากดวงรูปหยดน้ำนี้ ไปยังดาวคู่ดาวอย่างรวดเร็ว แต่เนื่องจากระบบดาวมีการหมุนรอบซึ่งกันและกัน ดังนั้นจึงเกิดแรงคอลิออริส (Colioris Force) ที่ทำให้ธารของก๊าซนี้ไม่ตกลงสู่คู่ดาวโดยตรง แต่บางส่วนจะวกกลับสู่ดาวดวงเดิม และบางส่วนก็จะวนเข้าสู่คู่ดาว เกิดเป็นแถบของสสารอยู่รอบดาว ก่อนจะตกสู่ผิ



แบบจำลองระบบดาวคู่ประเภทบีตา ไรรี

3. ประเภทดับเบิลยู เออร์ซา เมเจอร์ (W Ursa Majoris) กราฟแสงของระบบดาวคู่ประเภทนี้จะคล้ายกับประเภทบีตา ไรรี แต่อุปราคาทั้งสองจะมีความลึกพอๆกัน และรูปร่างของอุปราคาทั้งสองมีลักษณะกลมมนและกว้าง มีคาบการโคจรรอบกันสั้นประมาณ 0.2-0.7 วัน ระบบดาวคู่ประเภทนี้จะมีผิวห่อหุ้มร่วม (Common Envelope) ล้อมรอบดาวทั้งสอง ดังนั้นดาวสมาชิกจึงมีการถ่ายเทมวลสารและพลังงานระหว่างกัน ทำให้โดยทั่วไปดาวสมาชิกทั้งสองจะมีชนิดสเปกตรัม (Spectral Type) ที่ใกล้เคียงกัน โดยจะมีชนิดสเปกตรัมอยู่ในระหว่าง F ถึง K ระบบดาวคู่อุปราคาประเภท W UMa นี้ สามารถจำแนกออกได้เป็นสองชนิด คือ ชนิด A และ W
สำหรับชนิด A นั้น สมาชิกดวงที่สว่างและร้อนกว่าซึ่งถูกบังในช่วงที่เกิดอุปราคาทุติยภูมิ จะมีขนาดเล็กและมีมวลน้อยกว่าสมาชิกอีกดวง ส่วนชนิด W สมาชิกดวงที่สว่างและร้อนกว่าจะมีขนาดใหญ่และมีมวลมากกว่าสมาชิกอีกดวง จัดเป็นระบบดาวคู่แบบติดกัน (Contact Binary)
นอกจากนี้ ยังมีระบบดาวคู่อีกประเภทหนึ่ง ที่เราจะทำการสังเกตการณ์ได้แตกต่างออกไปโดยเป็นระบบดาวคู่ที่ประกอบไปด้วยสมาชิกอย่างน้อยหนึ่งดวงเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูง(Compact Objects) เช่น ดาวนิวตรอน หรือหลุมดำ

ทำให้มีแรงโน้มถ่วงมหาศาลพอที่จะเร่งให้สสารจากคู่ดาวมีความเร่งสูงก่อนที่จะตกลงไปยังดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ แล้วถ่ายเทพลังงานมหาศาลแผ่ออกมาให้เห็นในช่วงความยาวคลื่นรังสีเอ็กซ์ เราระบบเช่นนี้ว่าเป็น ระบบดาวคู่รังสีเอ็กซ์(X-ray Binary) 
โดยมากวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงจะมีสนามแม่เหล็กรุนแรงล้อมรอบดาว สนามแม่เหล็กนี้จะกันไม่ให้สสารตกลงไปยังผิวของดาว แต่ทำให้สสารไปตกลงที่ขั้วของสนามแม่เหล็กแทน เมื่อสสารนี้ตกกระทบกับผิวของดาวนิวตรอน ก็จะเกิดการแผ่รังสีออกมา ซึ่งรังสีที่แผ่ออกมานี้จะอยู่ในช่วงคลื่นรังสีเอ็กซ์ สัญญาณรังสีเอ็กซ์ที่สังเกตได้นี้จะพุ่งออกมาเป็นลำตามแนวขั้วแม่เหล็กในขณะที่ดาวหมุนรอบแกนหมุน ทำให้สังเกตรังสีเอ็กซ์ได้เป็นคาบๆ เนื่องมาจากการที่ขั้วหมุนของดาวนั้นไม่ได้เป็นตำแหน่งเดียวกันกับขั้วแม่เหล็กของดาว เรียกระบบดาวเช่นนี้ว่า พัลซาร์รังสีเอ็กซ์(X-ray Pulsar)



ภาพพัลซาร์รังสีเอกซ์



แบบจำลองพัลซาร์รังสีเอ็กซ์ และข้อมูลในช่วงความยาวคลื่นรังสีเอ็กซ์ที่ได้จากพัลซาร์รังสีเอ็กซ์ EXO 0748-676

แต่ถ้าสนามแม่เหล็กของดาวไม่รุนแรงพอที่จะบังคับให้สสารตกลงไปที่ขั้วของดาว สสารนี้จะตกลงไปปกคลุมผิวของดาวไว้ และเกิดการสังเคราะห์สาร โดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion Reaction) ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาในช่วงสั้นๆ แต่ก็มีพลังงานสูงมาก สังเกตเห็นเป็นช่วงคลื่นรังสีเอ็กซ์ เรียกระบบดาวเช่นนี้ว่าเป็น X-ray Burster ซึ่งจะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาไม่สม่ำเสมอ



ข้อมูลที่ได้จากการสังเกตการณ์ X-ray Burster 4U 1705 – 44

 


หน้าแรก

 

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล