SunflowerCosmos.org > Cosmology > Astronomy

แสดงตนเริ่มหลอมละลายไฮโดรเจน แต่เยาว์วัย
Hydrogen fusion in a Younger High-mass stars

ดาวทุกชีวิตการเกิดเหมือนกันทั้งหมด แต่ High-mass stars ได้ก่อตัวภายนอก
กลุ่มฝุ่นหมอกอวกาศ แบบไม่ปะติดปะต่อระหว่างพลังงานแรงดึงดูดที่จะสืบเนื่อง
ไปสู่ Protostar เกิดศักยภาพของแรงดึงดูดในลำดับต่อมา แกนในมีความร้อน
เพียงพอต่อการหลอมละลายทำให้ Hydrogen เริ่มเผาไหม้ ขณะเยาว์วัยในระยะ
ของ Protostar

อย่างไรก็ตาม เป็นการเผาไหม้หลอมละลาย แต่เป็นไปเฉพาะส่วนด้านข้างของ
High-mass stars เท่านั้น จึงเป็นข้อต่างจากลำดับชีวิตของ Low-mass stars
ทีมีวิถีการดำรงชีวิตคล้ายกับดวงอาทิตย์ โดยหลอมละลาย Hydrogen ผ่านพ้นสู่
Helium แบบ Proton-proton chain โดยต้องมีเงื่อนไขอุณหภูมิที่สูง

กรณีของ High-mass stars แสดงอำนาจต่างออกไปกระทำให้อนุภาค Proton
มีศักยภาพวิ่งปะทะสู่ Carbon – Oxygen - Nitrogen หรือ Proton อื่นๆได้โดย
Carbon – Oxygen - Nitrogen ทั้งหมดนั้น เป็นวัตถุดิบที่เกิดขึ้นมีเพียง 2% จาก
ดาวขณะก่อตัวท่ามกลางอวกาศ โดยปริมาณจำนวนนี้ สามารถสร้างให้ไส้แกนใน
ให้ดาวมีความสมบูรณ์ได้

การมีศักยภาพดังกล่าวกลายเป็น Catalyst (ตัวช่วย) ต่อการสืบเนื่องดีกว่าแบบ
Proton-proton chain อย่างเดียว ความหมายของ Catalyst อาจเปรียบเสมือนมี
ภูมิคุ้มกันที่แสดงอาการโต้ตอบ โดยไม่สิ้นเปลืองสูญหายไป ทั้งให้เกิดขบวนการ
ลูกโซ่อย่างรวดเร็ว ต่อการหลอมละลายของ Hydrogen เรียกว่า CNO cycle
(C= carbon N= nitrogen O= oxygen มีรูปแบบเป็นวัฐจักร)

CNO cycle ศักยภาพที่น่าเกรงขามกว่า Proton-proton chain

High-mass stars ขนาดมวลที่ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ มากกว่า 8 เท่า เทียบแล้ว
ใหญ่กว่าโลก 10 ล้านเท่า นับว่ามีขนาดที่มหาศาลใหญ่หลวง จึงมีพลังงานอย่าง
แปลกประหลาด ด้วยอนุภาค Proton หลั่งไหลเหมือนสายน้ำ กระโดด กระเด้งกัน
อยู่ภายในเป็นการพยายามที่จะออกแรง เรียกว่า Radiation pressure (ปฏิกิริยา
โต้ตอบความกดดัน)

Proton มีพลังขับดันที่แข็งแกร่งมาก วิ่งด้วยความเร็วมากกว่า 1,000 กม./วินาที
เทียบได้ว่าวิ่งรอบโลกใช้เวลาเพียง 10 วินาที อายุยาวถึง 100,000 ปีในอวกาศ
เพียงเริ่มต้นชีวิตของ High-mass stars ก็มีความยิ่งใหญ่เปรียบดังเกิดขึ้นอย่าง
พรั่งพร้อม ทั้งขนาด ระบบของพลังงานที่กักตุนไว้อย่างน่าเกรงขาม

ดังนั้น CNO cycle เป็นระบบที่คอยเอื้อความมั่นคง และมั่งคั่งต่อการหลอมละลาย
Hydrogen ภายในแกนตั้งแต่เริ่มแรก High-mass stars ที่มีขนาดใหญ่ 25 เท่า
ของดวงอาทิตย์ สามารถเผาไหม้ Hydrogen ภายในไม่กี่ล้านปี โดยเกิดการเผา
ข้ามชั้นสู่ภายนอก มีความรวดเร็วกว่าระยะเวลาของ Low-mass stars หลายเท่า
เห็นได้ว่าเพียงเริ่มต้นชีวิตของ High-mass stars ก็มีความยิ่งใหญ่เปรียบดังชีวิต
ที่เกิดขึ้นอย่างพรั่งพร้อมทั้งขนาด และพลังงานที่กักตุนไว้อย่างน่าเกรงขาม

แสดงตนสู่ซูเปอร์ยักษ์ สีแดง
Becoming a Red supergiant

หลังจากการหลอมละลายในแกน Hydrogen ที่ยาวนานได้เริ่มหมดลง มีผลให้
ไส้แกนเกิดความร้อนสูง หดตัวลง เข้าสู่การเริ่มต้นเผาไหม้เปลือกของ Hydrogen
เรียกว่า Hydrogen shell burning ที่ล้อมรอบแกนในของ Helium

ขบวนการ Hydrogen shell burning คือ การเผาเปลือกสัณฐานของดาว ที่อยู่
ระหว่างแกนด้านในเป็นผลส่งต่อในการโป่งพองออกของดาว ต่อมาสู่ชั้นด้านนอก
บางกรณีแกนในหดตัว แรงดูดดึงหดตัว มีการปลดเปลื้องพลังงานออก จึงต้องรอ
คอยจนกระทั่งความร้อนกลับคืน สู่ระดับที่จะหลอมละลาย Helium ทั้งหมดกลาย
เป็น Carbon โดยจะใช้เวลาไม่มากไปกว่า 100,000 ปี

แม้ว่ากิจกรรมภายในโครงสร้างของ High-mass stars ดำเนินอย่างเร่งรีบไม่หยุด
ยั้งแต่การแสดงด้านนอกเป็นไปอย่างเชื่องช้า เพราะแต่ละชั้นภายในถูกเผาไหม้
หลอมละลาย ภายใต้เปลือกที่ห่อหุ้มอยู่ จนถึงเวลาหนึ่งจึงจะลุกโชติช่วง ทั้งหมด
ร่วมกันเปล่งรังสีของแสง โดยเฉพาะดาวขนาดใหญ่ตอบสนองถึงการเปลี่ยนแปลง
อย่างรวดเร็วแทบไม่ต้องใช้เวลา เป็นการแสดงผลเกิดขึ้นเป็น Red Supergiant

ขณะที่การหลอมละลาย Helium เริ่มต้นอีก เพียงพอที่เก็บสะสมไว้ในแกน แกน
ก็เติบโตขยายใหญ่ขึ้นจนแสดงออกสู่ชั้นด้านนอกอย่างเร่งรีบ จึงทำให้ชั้นด้านนอก
ตอบสนองมีการหดตัว เรียกว่า Helium burning supergiant ขณะเดียวกันขบวน
การเผาไหม้ ของ Hydrogen shell burning จะลดถอยลงไป

Multiple shell-burning supergiant

การเผาไหม้ Helium ดำเนินต่อไปจนหมดสิ้นลง แกนในก็จะหดตัวลงรอกระทั่ง
มีการหลอมละลายของ Carbon เกิดขึ้นใหม่ เมื่อมีความร้อนเพียงพอทำให้ Hydrogen และ Helium เกิดการเผาไหม้เปลือกรอบ แกนที่เหลืออยู่อย่างต่อเนื่อง
จากนั้นดาวจะเต็มไปด้วยเชื้อเพลิง แบบ Heavier elements ในเปลือกแต่ละชั้น

High-mass stars เกิดโครงสร้างภายในเปรียบเหมือน ชั้นเปลือกของหัวหอมด้วย การเผาไหม้หลอมละลายระหว่างชั้นภายในตลอดเวลา พัฒนาการสู่ระบบ Multiple
shell-burning supergiant (ขบวนการเผาเปลือกแบบทวีคูณควบซ้อน)

เริ่มด้วยไส้แกนชั้นในสุด (Iron core) ออกสู่ชั้น Silicon โดยสะสม Iron ไว้ต่อไป
นับเป็นความก้าวหน้าขั้นสูงเผาไหม้ แบบนิวเคลียร์ (Advanced Nuclear Burning)
จากขบวนการ Nuclear reactions (ปฏิกิริยานิวเคลียร์) แสดงใกล้ถึงวาระสุดท้าย
อีกระดับ

แสดงผลของ Nuclear reactions ด้วยการเกิดขึ้นพร้อมๆกัน ต่อเนื่องกันหลายๆ
ครั้งของ Helium-capture reactions (ปฏิกิริยาผนวชฮีเลียม) เป็นการหลอม
ละลาย Helium Nuclear กับ Nuclear อื่นๆ เช่น Helium-capture สามารถหลอม
ละลาย Carbon สู่ Oxygen หรือ Oxygen สู่ Neon หรือ Neon สู่ Magnesium เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม ช่วงชีวิต Intermediate-mass stars และ High-mass stars มี
ความหลากหลายมาก ด้วยลำดับขั้นตอนเกิดต่อเนื่องอย่างรวดเร็วในแบบเดียวกัน
การป้องกันความเสื่อมถอย ความกดดันเพื่อรักษาสถานะภาพของ Intermediate-
mass stars มีความต้องการด้วยการเผาไหม้ Carbon หรือ Oxygen กับธาตุหนัก
ชนิดใดก็ได้ ในขั้นสุดท้าย Intermediate-mass stars มีวิถีจบชีวิตแบบเดียวกับ White dwarf

Supernova

แสดงตนเป็นซูเปอร์โนวา
The Supernova Explosion

การบุกรุกคือสัญญาณที่บ่งบอกของ ถึงการหมดวัตถุดิบของดาว โดยการหลอม
ละลายสู่ชั้น ไส้แกนชั้นในสุด (Iron core) เป็นเป้าหมายหลัก ถ้าการลุกไหม้ที่
สามารถเผาธาตุ Iron สุดแข็งแกร่งได้แล้ว ก็จะเป็นการไม่ยากเลยที่จะเผาธาตุใน
ชั้นอื่นๆของตนได้ต่อไป เป็นสิ่งที่หยุดยั้งไม่ได้ ข่าวร้ายของชีวิตดาวได้เกิดขึ้นแล้ว

ส่วนประกอบของธาตุ Iron ที่เป็นไส้จุดศูนย์กลางดาว High-mass stars เรายังไม่
ทราบทั้งหมด แต่เป็นสิ่งน่าสนใจมาก เพียงรู้ว่าคงไม่ใช่มีเพียงธาตุเดียวเท่านั้นแน่
ที่จะสามารถสร้างสรรค์ได้ระดับ Nuclear energy ได้

การถดถอยลงแบบรวบรัด ของความกดดัน เป็นผลพวงให้เกิดสู่ระบบแกนภายใน การยุบตัวลงอย่างมหาศาลมากกว่า 1,000 เท่า หากเรากล่าวเท่านี้อาจไม่น่าตกใจ
ลองนึกภาพว่า High-mass stars มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ ไม่น้อยกว่า 8 เท่า
แล้วระเบิดยุบตัวลง จะเกิดสะเทือนเลื่อนลั่นเพียงใด นั่นเป็นการเปลี่ยนวิถีชีวิตสู่
Supernova อย่างสมบูรณ์

Supernova 1987A

ตัวอย่างการสำรวจสืบค้น ซากดาวระดับชั้น High-mass stars พบ Supernova
1987A เชื่อว่าเป็นที่สิ้นสุดวาระแล้ว ด้วยเหตุผลที่ปรากฏแวดล้อมไปด้วยวงแหวน
(Circumstellar ring) ขนาดใหญ่ เกิดมาแล้ว 400 ปี ตำแหน่งอยู่บริเวณ Large
Magellanic Cloud ระยะทางห่างจาก โลก 160,000 ปีแสง

เมื่อสำรวจลึกเข้าไป ในบริเวณเดียวกันพบ Blue supergiant star โดยตั้งชื่อว่า
Sanduleak -69º 202 (หรือ SK -69) ขนาดมวลใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 20 เท่า
อายุราว 10 ล้านปี ส่วนชั้นนอกของดาวได้สูญเสียวัตถุแทบหมดสิ้น พบการเคลื่อน
ตัวของ Stellar wind อย่างเชื่องช้ามาก เป็นบริเวณกว้างใหญ่ไพศาล ส่วนลมที่มี
ความเร็วพัดไป หยุดค้างตามช่องหลุม บริเวณผิวที่ความร้อนกัดเซาะไว้ ทำให้ก๊าซ
ในช่องโพรงเหล่านั้นเย็นตัวลง มีความเข็มข้นของรังสี Ultraviolet และรังสี X-ray

เกิดเป็นแสงวาวจากด้านขอบ Supernova เป็นการส่งพลังงานแบบ Shock wave
มีเสียงครางคล้ายฟ้าลั่น เรายังไม่ทราบว่าถูกส่งออกมาจากดาว SK-69 หรือจาก
Circumstellar ring ของ Supernova 1987A

หลังจากนั้นผ่านไปเกิดยุบตัวลงเป็น ลูกกลมเล็กของ Neutrons ขึ้น เราจึงเรียกว่า
NeutronsStar ในบางกรณีสิ่งที่เกิดขึ้น จากเศษซากหลงเหลืออยู่ มีขนาดใหญ่
เกินกว่าอำนาจ แรงดึงดูด ที่จะยุบตัวเป็น Neutrons Star ได้ การยุบตัวยังต้องยืด
เยื้อต่อไป

Neutrons Star มีพื้นผิวแน่นหนาทึบ ราว 2 กม. โครงสร้างภายใน เป็นลักษณะของไหล
โดยองค์ประกอบที่ชัดเจนของ Core (ไส้แกนใน) เรายังไม่ทราบว่ามีลักษณะเช่นใด

Neutron star ที่สำรวจพบมีขนาด 11 กม. ส่วน Quark star มีขนาด 7 กม.
ในภาพเทียบสัดส่วนกับ Grand Canyon

Neutron star เกิดขึ้นด้วยส่วนผสมอนุภาคที่มีพลังอิสระ เป็นองค์ประกอบของ
Electrons และ Protons โดยรวม Neutrons จึงเป็นศูนย์รวม อนุภาคที่เข้มข้นสูง
น่ากลัว มักจะไม่กระทบกระทั่งกัน หรือสลับฉากไปมากับสิ่งใดๆ ทำให้เย็นตัวเร็ว
ระยะ 10-10,000 ปี ด้วยการเปล่งของอนุภาพ Neutrino (อนุภาพที่มองไม่เห็น)

การเย็นตัวที่ได้ระดับ (Standard cooling) ในครั้งแรกเมื่อปรากฏออกมาสามารถ
เกิดเปลี่ยนแปลงสร้างความร้อนบนพื้นผิวได้ นับล้านองศา K จากการพัฒนาการ
ของอนุภาพ Neutrino ในเวลา 1,000 ปี