ดาวแปรแสง
ดาวแปรแสง” (Variable star) คือ ดาวที่มีแสงสว่างไม่คงที่ ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากหลายสาเหตุแตกต่างกันไป ดาวแปรแสงจึงมีหลายชนิด แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่
1.ดาวแปรแสงแบบยุบพอง เป็นดาวที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าความสว่าง อุณหภูมิ เนื่องจากกลไกภายในตัวดาวอันได้แก่ แรงโน้มถ่วงและแรงดันก๊าซ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ผิวของดาว เช่น ดาวแปรแสงแบบเซฟีด และ RR Lyrae เป็นดาวแปรแสงแบบยุบพองประเภทหนึ่ง ซึ่งสามารถใช้วัดระยะห่างของวัตถุในห้วงอวกาศได้ เพราะคาบการแปรแสงของดาวแปรแสงมีความสัมพันธ์กับกำลังส่องสว่าง ยกตัวอย่าง ข้อมูลจากกราฟในภาพที่ 1 แสดงว่า ดาวแบบเซฟีดที่มีคาบการแปรแสง 20 วัน มีกำลังส่องสว่าง 10,000 เท่าของดวงอาทิตย์ หากนักดาราศาสตร์ตรวจพบ ดาวแปรแสงประเภทนี้ในกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล ก็สามารถนำค่ากำลังส่องสว่างที่ลดลง มาคำนวณเทียบหาระยะทางของกาแล็กซีนั้นได้
2.ดาวแปรแสงแบบประทุ ดาวแปรแสงแบบประทุ เป็นดาวในระบบดาวคู่ที่ดาวอีกดวงหนึ่งสามารถถ่ายเทมวล ให้แก่ดาวคู่ของมันได้ และเมื่อมีการถ่ายเทมวลของไฮโดรเจนลงสู่ผิวของดาวอีกดวง มวลของไฮโดรเจนจะไหลวนก่อนลงสู่ผิวของดาว ซึ่งเรียกว่า จานรวมมวล (Accretion disk) การเสียดสีของมวลไฮโดรเจนที่จานรวมมวล จะทำให้เกิดพลังงานความร้อนที่สูงมากจนสามารถแผ่รังสีเอ็กซ์ และเมื่อมวลของไฮโดรเจนตกลงสู่ผิวดาว ความกดที่มากขึ้นทำให้เกิดอุณหภูมิสูงกระทั่งเกิดนิวเคลียร์ฟิวชัน เปลี่ยนแปลงความสว่างของดาว
3.ดาวแปรแสงแบบอุปราคา ที่ดาวมีการเปลี่ยนแปลงความสว่าง เนื่องจากดาวคู่โคจรมาบดบังกันในแนวสายตาที่ทำกับโลก ทำให้เกิดอุปราคา เมื่อดาวทั้งสองบังกันแสงของดาวจะน้อยลง เมื่อดาวทั้งสองอยู่ในแนวตั้งกับแนวสายตาที่มองจากโลก แสงของดาวทั้งสองเสริมกัน เส้นกราฟแสงของดาวจึงเปลี่ยนแปลงเป็นเป็นคาบๆ ดังภาพที่ 3
ดาวแปรแสง คือดาวฤกษ์ที่มีค่าความส่องสว่างเปลี่ยนแปลงไปแบบสุ่มแบบเป็นรอบเวลา เนื่องมาจากคุณสมบัติทั้งภายในและภายนอกของดาว สำหรับดาวแปรแสงแบบคุณสมบัติภายในสามารถแบ่งเบื้องต้นออกได้เป็น 3 ประเภท
ในระหว่างการวิวัฒนาการของดาว ดาวฤกษ์บางดวงอาจผ่านช่วงเวลาที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปรเป็นห้วง ๆ ดาวแปรแสงแบบเป็นห้วงเวลาจะเปลี่ยนแปลงไปตามรัศมีและความส่องสว่าง ทั้งขยายขึ้นและหดสั้นลงในช่วงเวลาที่แตกต่างกันตั้งแต่หน่วยนาทีไปจนถึงเป็นปี ขึ้นอยู่กับขนาดของดาวฤกษ์นั้น ๆ ดาวแปรแสงประเภทนี้รวมไปถึงดาวแปรแสงชนิดเซเฟอิดและดาวที่คล้ายคลึงกับดาวเซเฟอิด รวมถึงดาวแปรแสงคาบยาวเช่น ดาวมิรา
ดาวแปรแสงแบบพวยพุ่ง (Eruptive variables) คือดาวฤกษ์ที่มีความส่องสว่างเพิ่มขึ้นแบบทันทีทันใด อันเนื่องมาจากแสงวาบหรือการปลดปล่อยมวลอย่างฉับพลัน ดาวแปรแสงจำพวกนี้รวมไปถึงดาวฤกษ์ก่อนเกิด ดาวฤกษ์ประเภท Wolf-Rayet ดาวแปรแสงประเภท Flare และดาวยักษ์ รวมถึงดาวยักษ์ใหญ่
ดาวแปรแสงแบบระเบิด (Cataclysmic หรือ Explosive variables) คือดาวที่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติภายใน ดาวจำพวกนี้รวมไปถึงโนวาและซูเปอร์โนวา ระบบดาวคู่ที่มีดาวแคระขาวอยู่ใกล้ ๆ ก็อาจทำให้เกิดการระเบิดของดาวฤกษ์ในลักษณะนี้ รวมถึงโนวา และซูเปอร์โนวาประเภท 1a การระเบิดเกิดขึ้นเมื่อดาวแคระขาวดึงไฮโดรเจนจากดาวคู่ของมันและพอกพูนมวลมากขึ้นจนกระทั่งไฮโดรเจนมีมากเกินกว่ากระบวนการฟิวชั่น โนวาบางชนิดยังเกิดซ้ำแล้วซ้ำอีก ทำให้เกิดคาบการระเบิดเป็นช่วง ๆ
นอกจากนี้ดาวฤกษ์ยังอาจเปลี่ยนแปลงความส่องสว่างได้จากปัจจัยภายนอก เช่น การเกิดคราสในระบบดาวคู่ หรือดาวฤกษ์ที่หมุนรอบตัวเองและเกิดจุดมืดดาวฤกษ์ที่ใหญ่มาก ๆ การเกิดคราสในระบบดาวคู่ที่โดดเด่นได้แก่ ดาวอัลกอล (Algol) ซึ่งจะมีค่าความส่องสว่างเปลี่ยนแปรอยู่ระหว่าง 2.3 ถึง 3.5 ทุก ๆ ช่วงเวลา 2.87 วัน
ดวงดาวที่ทอประกายแสงสว่างระยิบบนทองคำฟ้าในตอนกลางคืนจำนวนมากแล้วเป็นดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์บางดวงส่งแสงสีฟ้าขาว บ้างก็สีเหลือง บ้างก็สีแดงสีของดาวกลุ่มนี้สามารถบอกอุณหภูเขาไม่ของดาวแต่ละดวงได้ ยกตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์ที่มีสีฟ้า มีอุณหภูมิสูงขึ้นยิ่งกว่าดาวฤกษ์ที่มีสีแดง โดยความเป็นจริงแล้วดาวฤกษ์ที่มองเห็นบนฟ้าในช่วงเวลากลางคืนนั้น ถ้าหากนำดาวพวกนั้นมาวางไว้จุดเดียวกัน พวกเราจะสามารถเห็นไม่เหมือนกันอีกทั้งขนาดของดาวความสว่าง แล้วก็สีของดาวที่มีความไม่เหมือนกัน
แม้กระนั้นด้วยเหตุว่าดาวฤกษ์พวกนั้นอยู่ห่างจากโลกออกไปไกลมากทำให้มองเห็นเป็นเพียงแค่จุดสว่างเล็กๆแค่นั้น เมื่อแสงสว่างจากจุดสว่างเล็กๆพวกนั้นเขยื้อนผ่านชั้นบรรยากาศของโลก รวมทั้งมีความปรวนแปร ทำให้ถูกหักเหแล้วก็มีการกะพริบแสงสว่างขึ้น แม้กระนั้นแม้พวกเราขึ้นไปยังที่สูงซึ่งมีชั้นบรรยากาศบางเบา ดาวฤกษ์โดยมากเกือบจะไม่กะพริบแสงสว่างเลย ดูราวกับว่าดาวฤกษ์พวกนั้นมีความสว่างคงเดิม แม้กระนั้นเมื่อใช้เวลาพิศดูเป็นระยะเวลานานดาวฤกษ์บางดวงมีความสว่างเปลี่ยนไป การเปลี่ยนความสว่างนี้ไม่เกี่ยวกับผลจากบรรยากาศโลก
ดาวบางดวงเปลี่ยนแปลงความสว่างเร็ว บางดวงแปลงความสว่างช้ามากมาย ดาวฤกษ์ที่มีการแปลงความสว่างนี้เรียกว่า ดาวแปรแสงสว่าง (Variable Stars)เป็นดาวฤกษ์ที่มีความสว่างเปลี่ยนไปเมื่อดูที่เวลาแตกต่างเทียบกับผู้ดู การแปรเปลี่ยนแสงสว่างของดาวฤกษ์กลุ่มนี้มีแบบที่มีคาบการเปลี่ยนแปลงแสงสว่างที่ออกจะเป็นประจำ และก็แบบที่มีคาบการเปลี่ยนแปลงแสงสว่างไม่บ่อยนัก นักดาราศาสตร์ได้จัดหมวดหมู่ดาวแปรแสงสว่างตามต้นเหตุที่นำมาซึ่งการก่อให้เกิดการเปลี่ยนแสงสว่างได้ 2 จำพวกเป็น การแปรเปลี่ยนแสงสว่างจากปัจจัยภายใน (Intrinsic variables) การเปลี่ยนแสงสว่างจากปัจจัยภายนอก(Extrinsic variables) ufabet ซึ่งพวกเราสามารถจำแนกแยกแยะดาวแปรแสงสว่างทั้งสองชนิดได้ตามแผนภาพที่ 1 ดังต่อไปนี้
ดวงดาวที่ทอประกายแสงสว่างระยิบบนทองคำฟ้าในช่วงเวลากลางคืนจำนวนมากแล้วเป็นดาวฤกษ์ดาวฤกษ์บางดวงส่องสีฟ้าขาว บ้างก็สีเหลือง บ้างก็สีแดง สีของดาวพวกนี้สามารถบอกอุณหภูเขาไม่ของดาวแต่ละดวงได้ อาทิเช่น ดาวฤกษ์ที่มีสีฟ้า มีอุณหภูมิสูงขึ้นมากยิ่งกว่าดาวฤกษ์ที่มีสีแดง ตามที่เป็นจริงแล้วดาวฤกษ์ที่มองเห็นบนฟ้าในช่วงเวลาค่ำคืนนั้น ถ้าหากนำดาวพวกนั้นมาวางไว้จุดเดียวกัน พวกเราจะสามารถแลเห็นความไม่เหมือนอีกทั้งขนาดของดาว ความสว่าง และก็สีของดาวที่มีความไม่เหมือนกัน
- การเปลี่ยนแปลงแสงสว่างจากปัจจัยภายใน(Intrinsic Variables) การแปรเปลี่ยนแสงสว่างของดาวแปรแสงสว่างจำพวกนี้เกิดขึ้นจากความเคลื่อนไหวคุณลักษณะด้านกายภาพของดาวเองสามารถแบ่งเป็น 2 กลุ่มย่อยได้ดังนี้่
1.1 ดาวแปรแสงสว่างแบบยุบขยาย (Pulsating Variables) ดาวแปรแสงสว่างชนิดนี้มีการแปรแสงสว่างเพราะคุณลักษณะทางด้านกายภาพข้างในดาวแปรไป นำมาซึ่งการทำให้ชั้นผิวของดาวมีการยุบและก็ขยาย วิธีการนี้ทำให้พื้นที่ผิว อุณหภูมิ รวมทั้งประเภทสเปกตรัมของดาวมีการเปลี่ยนอย่างสม่ำเสมอทำให้ความสว่างของดาวแปรไปด้วย โดยเมื่อขณะที่ดาวยุบลงความสว่างน้อย แผนภูมิแสงสว่างจะต่ำลงเมื่อตอนที่ดาวขยายตัวความสว่างจะเพิ่ม แผนภูมิแสงสว่างจะมากขึ้นด้วย นักดาราศาสตร์ได้จัดหมวดหมู่ดาวแปรแสงสว่างแบบยุบผองได้ตามคาบของการยุบผอง และก็รูปแบบของแผนภูมิแสงสว่างที่ได้จากการสังเกตการณ์ ดังต่อไปนี้
1.1.1 ดาวแปรแสงสว่างเซฟีด (Cepheid Variables)โดยมากเป็นดาวยักษ์สีเหลืองหรือดาวยักษ์ใหญ่ มีมวลระหว่าง 4 ถึง 20 เท่าของมวลดวงตะวัน ดาวแปรแสงสว่างเซฟีดนี้มีความสว่าง และก็มีมวลมากมาย มีคาบการเปลี่ยนแปลงแสงสว่างตั้งแต่ 1 ถึง70 วัน ดาวต้นแบบมีชื่อว่า เดลต้า เซฟิไอ (Delta Cephei) อยู่ในกรุ๊ปดาวซีฟิอัส เป็นดาวแปรแสงสว่างดวงแรกที่ถูกศึกษาค้นพบ เจอโดย จอห์นข้าดริค (John Goodricke) เมื่อปี ค.ศ 1784 ดาวแปรแสงสว่างแบบเซฟีดมีจุดเด่นที่ ดาวจะเพิ่มความสว่างขึ้นอย่างเร็ว แล้วหลังจากนั้นเบาๆต่ำลงลักษณะซึ่งคล้ายกับครีบปลาฉลาม มีแอมพลิจูดของการเปลี่ยนค่าความสว่างระหว่าง 0.5 ถึง 2 การยุบแล้วก็ขยายของดาวทำให้จำพวกสเปกตรัมของดาวแปรไปด้วยโดยในขณะที่ดาวสว่างสูงสุดจะมีจำพวกสเปกตรัม Fระหว่างที่สว่างน้อยสุดจะมีจำพวกสเปกตรัม ufabet G หรือK คาบการเปลี่ยนแสงสว่างของดาวแปรแสงสว่างแบบเซฟีดมีความเชื่อมโยงกันกับความสว่างสัมบูรณ์กันอย่างเห็นได้ชัด โดยดาวที่สว่างมากมายจะมีคาบที่ช้านาน ความเคลื่อนไหวรูปแบบนี้ทำให้ดาวแปรแสงสว่างแบบเซฟีดเป็นดุจเทียนมาตรฐานที่นักดาราศาสตร์ใช้สำหรับการวัดระยะห่างกาแล็กซีหรือกลุ่มดาวที่มันอาศัยอยู่ได้ นักดาราศาสตร์แบ่งดาวแปรแสงสว่างแบบเซฟีดสามารถแบ่งเป็น 2 กรุ๊ป ทั้งคู่กรุ๊ปอยู่รอบๆ แถบไม่เสถียร (Instability Strip)ในไดอะมึงรมของแฮร์ทสปรุง-รัสเซลล์เช่นเดียวกันแต่ว่ามีมวล รวมทั้งอายุที่แตกต่างดังต่อไปนี้
