ดาวฤกษ์ ดวงดาวที่ส่องสว่างอยู่เต็มนภาในยามราตรี กำเนิดมาจากอะไร

ดาวฤกษ์ คือเหล่าดวงดาวที่เปล่งประกายยามราตรี มีแสงส่องสว่างในตัวเอง ความงดงามของนภายามราตรี

ดาวฤกษ์ (Stars) คือวัตถุขนาดใหญ่ในอวกาศ ที่มีแสงสว่างและพลังงานในตัวเอง เป็นมวลก๊าซขนาดใหญ่ที่ให้กำเนิดอณูพื้นฐานในจักรวาล ทั้งการสร้างและส่งผ่านพลังงาน แสงสว่างและธาตุต่างๆ ไปในห้วงอวกาศ ดาวฤกษ์นั้นถือกำเนิดภายใต้การรวมตัวกันของกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ในอวกาศ ที่เรียกว่า “หมอกเพลิง” หรือ “เนบิวลา” (Nebula)

เนบิวลาที่อยู่ใกล้โลกที่สุด คือ เฮลิกซ์ เนบิวลา (Helix Nebula) ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่กำลังเสื่อมถอยและใกล้สิ้นอายุขัย อยู่ห่างจากโลกราว 700 ปีแสง ดาวฤกษ์ในกาแล็กซี มีจำนวนมากกว่าพันล้านดวง ซึ่งปัจจุบันการนับจำนวนดวงดาวในจักรวาลยังเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่ามีดาวฤกษ์ราว 3 แสนล้านดวงในกาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) ของเรา

การเกิดของดวงดาว

วิดีโอเรื่องราวของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ ถือกำเนิดขึ้นภายในกลุ่มก้อนก๊าซและฝุ่นผงขนาดใหญ่ในอวกาศ หรือเนบิวลา ซึ่งมีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก ธาตุตั้งต้นของทุกสรรพสิ่งในจักรวาล การรวมตัวกันของกลุ่มก้อนก๊าซและฝุ่นผง เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างกันของสสาร

ตามกฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพ (Law of Universe) ทำให้เนบิวลามีขนาดใหญ่ขึ้นตามกาลเวลา มวลที่มากขึ้นและแรงดึงดูดที่มากขึ้น ก่อให้เกิดการหมุนวงของกลุ่มก๊าซและฝุ่นผงคล้ายจานหมุนขนาดใหญ่ จนเนบิวลาเกิดการยุบตัวลงเข้าสู่จุดศูนย์กลางจากแรงโน้มถ่วงของตัวมันเอง

ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ

การยุบตัวลงนั้น ส่งผลให้แรงดันภายในและอุณหภูมิของเนบิวลาเพิ่มสูงขึ้นตามกฎธรรมชาติของก๊าซ อุณหภูมิภายในของเนบิวลาจะสูงขึ้นถึง 1 แสน องศาเซลเซียส และก่อให้เกิดการเปลี่ยนรูปของก๊าซเป็นพลังงานและความร้อน เกิดการเปล่งแสง ส่งผลให้แก่นกลางของเนบิวลาเรืองแสง ซึ่งสถานภาพนี้ มีชื่อเรียกว่า “ดาวฤกษ์เกิดก่อน” (Protostar)

การยุบตัวของกลุ่มก๊าซยังไม่ยุติจนกว่าอุณหภูมิของแก่นกลางดาวจะสูงถึง 15 ล้าน องศาเซลเซียส ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชั่น (Thermonuclear Fusion) เกิดการหลอมนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม เมื่อแรงดันภายในเนบิวลาสูงขึ้นจนสามารถต้านทานกับแรงโน้มถ่วงของตัวเองได้

การยุบตัวของกลุ่มก๊าซและฝุ่นจึงถึงคราวยุติลง ก่อให้เกิดสมดุลระหว่างแรงทั้งสอง ในสภาวะสมดุลนี้ ดาวฤกษ์จึงได้ถือก่อกำเนิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น เนบิวลา จึงถือเป็นอาณาเขตของการให้กำเนิดดวงดาวหรือดาวฤกษ์ดวงใหม่ในจักรวาล

ชีวิตของดวงดาว

เมื่อดาวฤกษ์ถือกำเนิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ การต่อสู้กันของแรงโน้มถ่วงและแรงดันภายในยังคงเกิดขึ้นตลอดเวลา ดาวฤกษ์จะคงอยู่ได้เพราะสมดุลระหว่างแรงทั้งสองนี้ ช่วงชีวิตของความสมดุลที่ว่านี้ เรียกว่า “แถบกระบวนการหลัก” (Main sequence) จะคงอยู่ได้นานนับล้านๆ ปี ซึ่งถือเป็นช่วงเวลาที่ยาวนานที่สุดในชีวิตของดาวฤกษ์

ระบบสุริยะจักรวาล

การจำแนกดาวฤกษ์

มวลและอุณหภูมิของดาวฤกษ์ เป็นปัจจัยสำคัญในการแบ่งประเภทดวงดาว โดยดาวฤกษ์ถูกจำแนกตามสเปกตรัมของแสง ซึ่งแบ่งดาวฤกษ์ออกเป็น 7 ประเภท ได้แก่ O, B, A, F, G, K และ M โดยที่ O เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดและร้อนที่สุด อุณหภูมิของดาวสามารถสูงเกินกว่า 30,000 องศาเซลเซียส ขณะที่ M เป็นดาวฤกษ์มวลเล็กที่สุดและเย็นที่สุด อุณหภูมิของดาวนั้นต่ำกว่า 3,000 องศาเซลเซียส ซึ่งอุณหภูมิของดาวฤกษ์ ยังเป็นตัวกำหนดสีของดวงดาวอีกด้วย ดาวฤกษ์ที่ร้อนจัดจะมีสีขาว-ฟ้า ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิต่ำจะมีสีส้ม-แดง

ดาวฤกษ์, ขนาดของดาวฤกษ์ — ภาพแสดงขนาดของดาวฤกษ์

ตารางจำแนกประเภทของดาวฤกษ์ตามอุณหภูมิ และสี

ประเภทดาวฤกษ์	อุณหภูมิ ( ºC )	สี
O	มากกว่า 30,000	ฟ้า-น้ำเงิน
B	~ 20,000	ฟ้า-ขาว
A	~ 10,000	ขาว
F	~ 7,000	ขาว-เหลือง
G	~ 6,000	เหลือง
K	~ 5,000	ส้ม
M	น้อยกว่า 3,000	แดง

ความสว่างของดวงดาวขึ้นอยู่กับพลังงานที่ดาวฤกษ์ดวงนั้น ปลดปล่อยออกมา หรือ ที่เรียกว่า “กำลังส่องสว่าง” (Luminosity) รวมถึงระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์ดวงนั้นกับโลกของเรา ดวงอาทิตย์จัดอยู่ในประเภท G2 หรือ ดาวแคระเหลือง (Yellow Dwarf) ซึ่งยังอยู่ในช่วงหลักของชีวิตดาวฤกษ์ เหลือเวลาอีกกว่าพันล้านปี ก่อนเข้าสู่ช่วงสุดท้ายของชีวิต

จุดจบของดาวฤกษ์

การมีชีวิตอยู่ของดาวฤกษ์คือการเผาไหม้ตัวเอง ดังนั้นดาวฤกษ์มวลน้อยจึงมีชีวิตยาวนาน มีแสงสว่างน้อยจากการใช้เชื้อเพลิงเผาไหม้ในอัตราที่ต่ำกว่าดาวฤกษ์มวลมาก ซึ่งจะมีอายุขัยสั้น จากการเผาไหม้และปลดปล่อยพลังงานในอัตราสูงตลอดเวลา และเมื่อปริมาณไฮโดรเจนลดน้อยลง

การยุบตัวของดวงดาวจะเกิดขึ้นอีกครั้ง หลังสูญเสียสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงดันภายในของดวงดาว แก่นกลางของดาวจะมีอุณหภูมิสูงถึง 10 ล้าน องศาเซลเซียส เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นภายในแก่นดาว ขณะเดียวกันอุณหภูมิที่รอบนอกของดวงดาวจะสูงขึ้นเช่นเดียวกัน ไฮโดรเจนที่พื้นผิวรอบนอกจะถูกเผาไหม้ เกิดพลังงานมหาศาล ดาวฤกษ์จะเกิดการขยายตัว จนมีขนาดใหญ่กว่าเดิมหลายเท่า และมีแสงสว่างที่มากขึ้น จนในท้ายที่สุดผิวด้านนอกของดาวจะมีอุณหภูมิลดลงและกลายเป็นสีแดง ซึ่งนักดาราศาสตร์เรียกดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่นี้ว่า “ดาวยักษ์แดง” (Red giant)

ดาวยักษ์แดง, ดาวฤกษ์, กำเนิดดาวฤกษ์, ระบบสุริยะ — ภาพเปรียบเทียบขนาดดาวยักษ์แดงในแถบเคเปลอร์กับดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะจักรวาล

อย่างไรก็ตาม วาระสุดท้ายในชีวิตของดาวฤกษ์มีด้วยกัน 2 ลักษณะ ขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ดวงนั้น ดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กอย่างดวงอาทิตย์ของเราจะผ่านช่วงสุดท้ายของวงจรชีวิตอย่างสงบ หลังเข้าสู่ช่วงดาวยักษ์แดง ผิวนอกของดวงดาวจะเย็นลง และสูญเสียก๊าซรอบนอกจากการเผาไหม้ภายในแก่นดาวที่ยากขึ้นหลังไฮโดรเจนหมดไป ดาวฤกษ์จะมีมวลเล็กลงแต่หนาแน่นขึ้น หรือ ที่เรียกกันว่า “ดาวแคระขาว” (White Dwarf) ในบางกรณี ดาวแคระขาวจะดึงดูดเศษซากดาวใกล้เคียงมารวมตัวกันจนเกิดการระเบิดเล็กๆ (Nova) ดาวแคระขาวจะคงอยู่อีกหลายพันล้านปี จนไม่สามารถปลดปล่อยพลังงานได้อีก และกลายเป็น “ดาวแคระดำ” (Black Dwarf) หรือ ดาวฤกษ์ที่เย็นตัวลงและดับไป

ซูเปอร์โนวา, ดาวฤกษ์, ดาว, ระบบสุริยะ — ซูเปอร์โนวา

ส่วนดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก จุดจบของดวงดาวจะรุนแรงกว่ามากจากการระเบิดครั้งใหญ่ ที่เรียกว่า “มหานวดารา” หรือ “ซูเปอร์โนวา” (Supernova) เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในช่วงสุดท้ายที่ไฮโดรเจนหมดไป ธาตุหนักตัวต่อไปในดวงดาวจะถูกเผาไหม้แทนที่ เกิดการสร้างและทำลายธาตุต่างๆ เช่น ฮีเลียม คาร์บอน นีออน ออกซิเจน และซิลิคอน จนถึงแก่นดาวที่เป็นเหล็ก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นที่เกิดขึ้นทำให้แก่นดาวถึงจุดวิกฤต อิเล็กตรอนจะรวมตัวกับโปรตรอนเป็นนิวตรอน การยุบตัวที่เกิดขึ้นทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานขนาดใหญ่ที่ระเบิดดวงดาวทั้งดวง

ความร้อนจากการระเบิดก่อให้เกิดธาตุโลหะหนักกระจายไปทั่วทั้งจักรวาล เช่น ทองคำ (Ag) เงิน (Au) และยูเรเนียม (U) ซึ่งจะกลายเป็นสสารตั้งต้นให้การก่อกำเนิดดวงดาวรุ่นต่อๆ ไป จากการระเบิดจะเหลือเพียงแก่นดาวขนาดเล็กที่เรียกว่า “ดาวนิวตรอน” (Neutron Star) อย่างไรก็ตาม ถ้ามวลของดาวมีขนาดใหญ่มากจนแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นทำให้แก่นดาวยุบตัวลงจนไม่สามารถหยุดยั้งได้อีก หลุมดำ (Black hole) จะถือกำเนิดขึ้น พร้อมสนามแรงโน้มถ่วงสูงที่แม้แต่แสงยังไม่สามารถหาทางหลบหนีออกมาได้