การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์เป็นการศึกษาความเป็นมาของดาวฤกษ์ตั้งแต่การก่อกำเนิด การดำรงอยู่ และการสิ้นอายุของดาวฤกษ์ เชื่อว่าดาวฤกษ์เกิดจากการยุบตัวของกลุ่มก๊าซขนาดมหึมาซึ่งองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจน ภายใต้แรงโน้มถ่วงระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซ การยุบตัวทำให้อุณหภูมิของกลุ่มก๊าซสูงขึ้นเรื่อยๆ พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นสูญเสียออกไปในอากาศได้ การยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงของกลุ่มก๊าซในลักษณะนี้เรียกว่าการยุบตัวแบบเคลวิน-เฮล์มโฮลท์ (Keluin-Helmheltz Contraction) |
สภาพของกลุ่มก๊าซในขั้นตอนนี้เรียก สภาพก่อนดาวฤกษ์ (Protostar)การยุบตัวดำเนินไปจนกระทั่งบริเวณใจกลางของกลุ่มก๊าซมีอุณหภูมิสูงถึง 10 ล้านองศาเคลวิน ภายใต้อุณหภูมิสูงขนาดนี้ ทำให้เกิดปฏิกิริยาของหลอมนิวเคลียส (Nuclear Fusion) ของไฮโดรเจนขึ้นในลักษระของปฏิกิริยาลูกโซ่ (Chain Reaction)
2 แบบคือ
(ก) ปฏิกิริยาโปรตอน โปรตอน (Proton-Proton Reaction)
เป็นการหลอมโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) ไปเป็นอนุภาคอัลฟา (นิวเคลียสของฮีเลียม) ผ่านปฏิกิริยา 2 ชั้น ซึ่งในปฏิกริยาทั้งสอง มีการสร้างดิวทีเรียม (Deuterium) และฮีเลียม 3 รวมทั้งนิวตริโน และรังสีแกมมาออกมาด้วย |
 |
(ข) วัฎจักรคาร์บอน-ไนโตรเจน (Carbon-Nitrogen Cycle) ซึ่งเป็นการ หลอมโปรตอนไปเป็นอนุภาคอัลฟาเช่นกัน แต่วัฏจักรคาร์บอน-ไนโตรเจนจะเกิดที่อุณหภูมิสูงกว่า (ปฏิกริยาโปรตอน-โปรตอนเกิดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1.8 x 107 K ในขณะที่วัฏจักรคาร์บอน-ไนโตรเจน เกิดที่อุณหภูมิสูงกว่า 1.8 x107K
|
 |
มีคาร์บอนไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นตัวเร่งปฏิกริยา ในวัฏจักรคาร์บอน-ไนโตรเจนนี้จะมีรังสีแกมมา และนิวตริโนเกิดขึ้นมาด้วย เมื่อปฏิกริยาหลอมนิวเคลียสเกิดขึ้นที่ใจกลางกลุ่มก๊าซ กลุ่มก๊าซดังกล่าวจะกลายเป็น ดาวฤกษ์ เป็นทรงกลมของก๊าซที่แผ่พลังงานความร้อนและแสงสว่างออกมา ดังที่ปรากฎเห็นระยิบระยับอยู่บนท้องฟ้า
|
ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด จึงปรากฎเห็นเป็นทรงกลมของก๊าซขนาดใหญ่แผ่พลังงานความร้อน และแสงสว่างมาถึงโลกได้ การที่ดาวฤกษ์คงสภาพเป็นทรงกลมอยู่ได้ก็เนื่องมาจากการสมดุลระหว่างความโน้มถ่วงของก๊าซที่ประกอบเป็นดาวฤกษ์กับแรงดันจากปฏิกริยาการหลอมนิวเคลียสบริเวณใจกลางของดาว เรียกการสมดุลในลักษณะเช่นนี้ว่า \"การสมดุลทางอุทกสถิตยศาสตร์ (Hydrostatic Equilibrium)\" |
สำหรับดวงอาทิตย์ของเรา จะคงสภาพเป็นดาวกฤษ์อยู่ได้ภายใต้ภาวะสมดุลทางอุทกสถิตยศาสตร์ เป็นระยะเวลาประมาณหมื่นล้าน (1010) ปีหลังจากดวงอาทิตย์ถือกำเนิดขึ้นมา ปัจจุบันดวงอาทิตย์ดำเนินสภาพเป็นดาวฤกษ์มาแล้วประมาณเกือบ 5,000 ล้านปี เมื่อเชื้อเพลงบริเวณใจกลางของดาวฤกษ์ (ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของมวลดาวฤกษ์ทั้งหมด) ถูกเผาผลาญหมดไปโดยปฏิกริยาการหลอมนิวเคลียส แรงดันบริเวณใจกลางของดาวฤกษ์จะยุติลง ทำให้แกนกลางของดาวฤกษ์ยุบตัวเนื่องจากผลของความโน้มถ่วงการยุบตัวของแกนกลาง จะเป็นผลให้เปลือกนอกของดาวฤกษ์ขยายตัวออก |
ดังนั้นสภาพดาวจึงมีแกนกลางที่ยุบตัวมีขนาดเล็กและความหนาแน่นสูง ขณะเดียวกันเปลือกนอกขยายตัวออกไป จนมีขนาดใหญ่มาก เราอาจเรียกดาวฤกษ์ในสภาพเช่นนี้ว่า ดาวยักษ์แดง (Red Giant Stars) ที่เรียกเช่นนี้เนื่องจากดาวปรากฎขยายใหญ่ขึ้นกว่าเดิมมาก และในขณะที่เปลือกดาวขยายตัวอุณหภูมิผิวของดาวจะลดลงทำให้ดาวปรากฎเป็นสีแดง สำหรับแกนกลางของดาวฤกษ์ที่ยุบตัว อาจทำให้อุณหภูมิบริเวณแกนกลางสูงพอที่จะจุดปฏิกริยาการหลอมนิวเคลียสของธาตุที่หนักขึ้นได้ ทำให้ดาวอาจมีการยุบขยายตัวสลับกันไป และสภาพไม่สมดุลดังกล่าวจะทำให้แสงดาวมีการเปลี่ยนแปลงสว่าง-หรี่ สลับกันไป เรียกว่า ดาวแปรแสง (Variable Stars) |
ดาวบีเทลจูสในกลุ่มดาวนายพราน ซึ่งเป็น ดาวยักษ์แดง (Red Giant Star) |
|
ขั้นตอนสุดท้ายของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ สภาวะสมดุลทางอุทกสถิตยศาสตร์ไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป เปลือกของดาวฤกษ์กระจายออกไป ซึ่งสภาพการเปลี่ยนแปลงในช่วงนี้จะเป็นอย่างไร ขึ้นอยู่กับดาวฤกษ์ดังกล่าว เป็น ดาวฤกษ์มวลต่ำ (Law Mass Star) หรือเป็น ดาวฤกษ์มวลสูง (High Mass Star) |
ภาพแสดงตำแหน่งของดาวฤกษ์มวลต่ำ และดาวฤกษ์มวลสูง |
|
Hourglass Nebula ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 8,000 ปีแสง
|
|
ภาพถ่ายSpirograph Nebula ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 2,000 ปีแสง |
|
ดาวฤกษ์มวลต่ำ เปลือกของดาวกฤษ์จะค่อย ๆ กระจายออกไปโดยแกนกลางมีขนาดเล็กและมีความหนาแน่นสูงมากเป็นซากของดาวที่เรียกว่า ดาวแคระขาว (White Dwarfจึงปรากฎเห็นเป็นวงแหวนของก๊าซล้อมรอบแกนกลางขนาดเล็กอยู่ เรียกว่า เนบิวลา ดาวเคราะห์ (Planetary Nebula) เนื่องจากเมื่อมองด้วยกล้องดูดาวขนาดเล็กจะเห็นวัตถุนี้คล้ายกับดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน แต่แท้จริงแล้ววัตถุท้องฟ้าดังกล่าวเป็นสภาพดาวฤกษ์มวลต่ำในขั้นตอนสุดท้ายของช่วงชีวิต ดาวอาทิตย์จัดว่าเป็นดาวฤกษ์มวลต่ำ จึงจะวิวัฒนาการไปเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ที่มีซากเป็นดาวแคระขาวในอีกประมาณ 5,000 ล้านปีข้างหน้า |
ดาวฤกษ์มวลสูง ในขั้นตอนสุดท้ายของช่วงชีวิต ปฏิกริยาการหลอมนิวเคลียสอาจเกิดได้นอกบริเวณแกนกลางลามออกมาเกือบถึงเปลือกนอก ปฏิกริยาที่รุนแรงนี้ทำให้เปลือกของดาวฤกษ์ระเบิดออกอย่างรุนแรงเรียกการระเบิดของดาวฤกษ์มวลสูงนี้ว่า ซุปเปอร์โนวา (Supernova) เมื่อดาวฤกษ์เกิดการระเบิดจะทำให้ดาวสว่างขึ้นมากจนเห็นได้ชัดบนท้องฟ้า ดังเช่นการระเบิดของซุปเปอร์โนวา 1987A ในเมฆแมกเจลแลนใหญ่ (Large Magellanic Cloud) ที่เกิดขึ้นเมื่อ ค.ศ.1987 เป็นต้น ส่วนแกนกลางที่เป็นชากของดาวมวลมากอาจยุบตัวเป็น ดาวนิวตรอน (Newtron Star) หรือหลุมดำ (Blackhole) |
ภาพถ่ายเมฆแมกเจลแลนใหญ่
|
|
|