ดาวฤกษ์ 1

คือ ก้อนสสารขนาดใหญ่ที่รวมตัวอยู่ด้วยกันเป็นก้อน เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างอะตอมของสารนั้น เชื่อกันว่าเกิดมาจากการยุบตัวของแก็ส และฝุ่นขนาดมหึมา ในการยุบตัวทำให้เกิดการการหมุนวน จึงทำให้ดาวฤกษ์กลายเป็นทรงกลม และหมุนรอบตัวเอง แหล่งพลังงานของดาวฤกษ์อยู่ภายในใจกลางของดวงดาวอันเกิดจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์

  ดาวฤกษ์ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของ เนบิวลา หรือกล่าวได้อีกอย่างว่าเนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ทุกประเภท แต่จุดจบของดาวฤกษ์จะต่างกัน ขึ้นอยู่กับมวลสาร

            วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสารต่างๆกัน วาระสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มากๆจะเป็นหลุมดำมวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มาก จะกลายเป็นดาวนิวตรอน และวาระสุดท้ายดาวฤกษ์มวลสารน้อย เช่น ดวงอาทิตย์ จะกลายเป็นดาวแคระ

            ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากจะใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีชีวิตยาว และจบลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์ ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์

            ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ มีมวลมาก สว่างมากจะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราสูงมากจึงมีช่วงชีวิตสั้นกว่า และจบชีวิตด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง

            จุดจบของดาวฤกษ์ที่มวลมาก คือการระเบิดอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (supernova) แรงโน้มถ่วง จะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ในขณะเดียวกันก็มีแรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนักต่างๆ เช่น ยูเรนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาด กระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่ และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่นระบบสุริยะก็เกิดจากเนบิวลารุ่นหลัง ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้น เนบิวลา ดาวฤกษ์ การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆและชีวิตบนโลก จึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง

จุดจบของดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์ไม่อาจดำรงอยู่ได้ชั่วนิรันดร์ เช่นเดียวกับมนุษย์ที่มีการเกิด แก่ เจ็บ ตาย จะมีข้อแตกต่างก็เพียงแต่ดาวฤกษ์นั้นมีชีวิตที่ลิขิตตายไว้ตั้งแต่กำเนิด เมื่อถึงวันก็ต้องพบการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่อีกระลอกหนึ่ง ธรรมชาติจะพยายามทุวิถีทางในการตอบสนองการเปลี่ยนแปลงที่เข้ามาอย่างต่อเนื่องเพื่อช่วงชิงความสมดุลภายในกลับมา แต่ในที่สุดแล้วการเปลี่ยนแปลงจะนำไปสู่การสิ้นอายุขัยที่เลี่ยงไม่ได้
ในดาวฤกษ์ทุกดวง จะมีความสมดุลกันระหว่างแรงโน้มถ่วงที่พยายามทำให้ดาวแตกสลายและยุบตัวลงเข้าสู่ใจกลางของตัวเองกับผลของความร้อนที่พยายามทำให้มันแยกเป็นเสี่ยงๆ ความสมดุลนี้จะอยู่ได้นานตราบเท่าที่ยังมีไฮโดรเจนหลงเหลืออยู่ เมื่อขาดเชื้อเพลิงความสมดุลจะหมดไปและดาวจะเริ่มดับลง แรงโน้มถ่วงจะเริ่มมีพลังเหนือผลของความร้อนและดวงดาวก็จะเริ่มแตกสลาย อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่าดาวฤกษ์ทุกดวงจะมีจุดจบแบบนี้ อนาคตของมันขึ้นอยู่กับมวลสารในตัวมันเอง

การสิ้นอายุขัยของดาวฤกษ์มวลน้อย
ดาวฤกษ์มวลน้อย ขนาดเล็ก เช่น ดวงอาทิตย์ มีแสงสว่างไม่มากจะใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีช่วงชีวิตยาวจะถึงจุดจบเมื่อเชื่อเพลิงของมันหมดลง ก่อนอื่นมันจะพ่นควันไฟออกมาจนกลายเป็น “ดาวยักษ์สีแดง” (Red Giant) จากนั้นก็กลืนดาวพุธและดาวศุกร์เข้าไปแล้วระเบิดส่วนเปลือกนอกออกสู่อวกาศแล้วยุบตัวลงเป็นวัตถุขนาดเล็กที่เรียกว่า “{ดาวเคราะห์แคระ” (White Dwarf) เต็มไปด้วยธาตุคาร์บอนและมีเนบิวลาคาวเคราะห์ (Planetary Nebula) ซึ่งเป็นซากของส่วนที่เคยเป็นพื้นผิวดาวห้อมล้อมอยู่ ดาเคราะห์แคระขาวมีขนาดใหญ่กว่าโลกขอเรา และในที่สุกสีของมันจะจางลงและกลายเป็น “ดาวเคราะห์ดำ” (Black Dwarf) ในที่สุด

การสิ้นอายุขัยดาวฤกษ์มวลปานกลาง

(มวลมากกว่า 2 เท่า แต่น้อยกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) จะมีจุดจบในลักษณะเดียวกับมวลน้อย คือ จบชีวิตลงอย่างสงบเป็นดาวแคระขาวที่ห้อมล้อมไปด้วยเนบิวลาดาวเคราะห์ สิ่งที่แตกต่างเป็นเพียงผลเนื่องมาจากมวลที่มากกว่าเท่านั้น กล่าวคือ 1 กิจกรรมในทุกช่วงของชีวิตและทุกขั้นตอนของการสิ้นอายุขัยจะดำเนินไปอย่างรวดเร็วกว่าดาวมวลปกติมาก และ 2 มวลที่มากขึ้นส่งผลให้ความร้อนและความดันที่แกนกลางมากขึ้นไปด้วย ดาวฤกษ์มวลปานกลางจึงมีมวลพอที่จะกดดันให้แกนกลางมีอุณหภูมิ 600 ล้านเคลวิน เพียงพอสำหรับจุดฟิวชันหลอมรวมคาร์บอนให้เป็นออกซิเจนและนีออนได้ ดาวแคระขาวที่เกิดจากดาวมวลปานกลางจึงเป็นดาวแคระขาวที่เต็มไปด้วยธาตุออกซิเจน ซึ่งต่อมาก็คือแก๊สออกซิเจนที่เราใช้นั่นเอง

การสิ้นอายุขัยของดาวฤกษ์มวลมาก 
ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ มีมวลมาก สว่างมาก จะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราที่สูงมาก จึงมีช่วงชีวิตที่สั้นกว่า ดาวฤกษ์ขนาดใหญ่จะขยายตัวเป็นยักษ์สีแดง เมื่อเชื้อเพลิงหมดใจกลลางของมันจะยุบลง ส่วนเปลือกนอกจะระเบิดออกกลายเป็น supernova ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานอย่างมากมายมหาศาล แสงสว่างจากการระเบิดจะพอๆกับกาแล็กซี ตรงใจกลางของมันมักจะเกิดวัตถุที่มีความหนาแน่น และมืด แรงโน้มถ่วงจะทำให้ดาวยุบตกลายเป็น ดาวนิวตรอน หรือบริเวณแปลกประหลาดที่เรียกว่า หลุมดำ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงมหาศาลขนาดที่แสงยังไม่สามารถเล็ดลอดออกไปได้

ดาวแคระขาว (White Dwarf) 
ดาวแคระขาว คือ ซากของส่วนที่เคยเป็นแกนกลางของดาวฤกษ์ที่มีมวลเริ่มต้นน้อยกว่า 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ จึงประกอบด้วยธาตุคาร์บอนหรือออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่ ดาวแคระขาวมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 0,000 กิโลเมตร ซึ่งไม่ต่างจากโลกของเรามากนัก แต่ก็มีมวลไม่ถึง 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิดาวนิวตรอน
ดาวนิวตรอน คือ ซากแกนของดวงดาวที่มีมวลเริ่มต้นระหว่าง 8-18 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ที่ยังหลงเหลืออยู่ จากการเกิดซูเปอร์โนวา ดาวนิวตรอนเป็นดาวที่มีความหนาแน่นสูงยิ่งยวด เพราะเนื้อสารที่มีมวลอาจมากถึง 3 เท่าของธาตุต่างๆ ประกอบด้วยอนุภาคสองชนิด คือ โปรตอนและนิวตรอน ที่น่าสนใจคือ อนุภาคทั้งสองมีนิสัยไม่ชอบอยู่ใกล้กัน เหมือนอิเล็กตรอน ดังนั้นเมื่อถูกอัดให้ใกล้กันมากๆ มันจะเกิดแรงผลักกันเป็น degeneracy pressure แต่ที่น่าสงสัย คือ อนุภาคของโปรตอนหายไปไหน โดยธรรมชาตินิวตรอนสามารถสลายตัวให้โปรตอน อิเล็กตรอนกับนิวทริโน ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Beta-Decay process ซึ่งเป็นการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ซึ่งให้อนุภาคเบต้า แต่ในดาวนิวตรอนนั้นมีความดันสูงมากทำใหเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับที่เรียกกันว่า Inverse Beta-Decay คือ อิเล็กตรอนรวมกับโปรตอน เกิดเป็นนิวตรอนและนิวทริโนในสภาพปกตินิวตรอนและนิวทริโนที่เกิดขึ้นจะรวมตัวกลับไปเป็นโปรตอนดังเดิมแต่เนื่องจากนิวทริโนมีพลังงานสูง และเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็วเกือบๆเท่าแสง มันจึงหนีออกจากดาวหมด ปฏิกิริยาย้อนกลับจึงเกิดไม่สมบูรณ์ เป็นสาเหตุให้โปรตอนถูกใช้หมดไป ดาวมั้งดวงจึงเหลือแต่นิวตรอนในที่สุดตย์ ทำให้ดาวแคระขาวมีความหนาแน่นถึง 100-1,000 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เป็นดาวที่หนาวเย็นและมีขนาดเล็ก
จากการคำนวณโดยอาศัยหลักการกลศาสตร์ควอนตัม(Quantum mechanis) พบว่า ในขณะที่ดาวยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วง อะตอมของธาตุต่างๆจะถูกอัดให้ใกล้กันมากจนอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมมาอยู่ใกล้กัน ปัญหามีอยู่ว่าอิเล็กตรอนนั้นมีนิสัยประหลาด คือ มันไม่ชอบอยู่ใกล้กัน เมื่อมันถูกจับให้มาใกล้กันมากเกินไปมันจะผลักกันทำให้เกิดแรงดันขึ้น เรียกว่า Electron degeneracy pressure แรงดันนี้เป็นคุณสมบัติทางควอนตัมฟิสิกส์ของอิเล็กตรอน ไม่ใช่เกิดจากแรงผลักของประจุไฟฟ้า

ดาวนิวตรอน 
ดาวนิวตรอน คือ ซากแกนของดวงดาวที่มีมวลเริ่มต้นระหว่าง 8-18 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ที่ยังหลงเหลืออยู่ จากการเกิดซูเปอร์โนวา ดาวนิวตรอนเป็นดาวที่มีความหนาแน่นสูงยิ่งยวด เพราะเนื้อสารที่มีมวลอาจมากถึง 3 เท่าของธาตุต่างๆ ประกอบด้วยอนุภาคสองชนิด คือ โปรตอนและนิวตรอน ที่น่าสนใจคือ อนุภาคทั้งสองมีนิสัยไม่ชอบอยู่ใกล้กัน เหมือนอิเล็กตรอน ดังนั้นเมื่อถูกอัดให้ใกล้กันมากๆ มันจะเกิดแรงผลักกันเป็น degeneracy pressure แต่ที่น่าสงสัย คือ อนุภาคของโปรตอนหายไปไหน โดยธรรมชาตินิวตรอนสามารถสลายตัวให้โปรตอน อิเล็กตรอนกับนิวทริโน ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Beta-Decay process ซึ่งเป็นการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ซึ่งให้อนุภาคเบต้า แต่ในดาวนิวตรอนนั้นมีความดันสูงมากทำใหเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับที่เรียกกันว่า Inverse Beta-Decay คือ อิเล็กตรอนรวมกับโปรตอน เกิดเป็นนิวตรอนและนิวทริโนในสภาพปกตินิวตรอนและนิวทริโนที่เกิดขึ้นจะรวมตัวกลับไปเป็นโปรตอนดังเดิมแต่เนื่องจากนิวทริโนมีพลังงานสูง และเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็วเกือบๆเท่าแสง มันจึงหนีออกจากดาวหมด ปฏิกิริยาย้อนกลับจึงเกิดไม่สมบูรณ์ เป็นสาเหตุให้โปรตอนถูกใช้หมดไป ดาวมั้งดวงจึงเหลือแต่นิวตรอนในที่สุด

หลุมดำ(Black Hole)
หลุมดำ มีชื่อเรียกเช่นนี้เพราะหลุมดำมีแรงโน้มถ่วงสูงมากจนแม้แต่แสงซึ่งเดินทางด้วยความเร็วสูงสุดก็ไม่สามารถออกจากหลุมดำได้ ดังนั้นจึงไม่มีวัตถุใดๆ หลุดออกจากหลุมดำได้เลย
ตามทฤษฎีฟิสิกส์ หลุมดำ นั้นก็เปรียบได้กับดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว ซึ่งดาวที่กลายเป็นกลายเป็นหลุมดำได้นั้นคือ “ดาวฤกษ์” หรือดาวที่มีสงสว่างในตัวเอง พลังงานที่ได้จากดวงอาทิตย์นั้นเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ในแกนกลางของดาว จะให้แสงสว่าง และทำให้เกิดแรงมหาศาลจากภายในดาวซึ่งทำหน้าที่พยุงไม่ให้ดาวทั้งดวงเกิดการยุบตัวลง เหตุที่ดาวยุบตัวลงเพราะว่าตามธรรมชาติแล้ววัตถุทุกชนิดจะมีแรงดึงดูดนี้ขึ้นอยู่กับมวลสารนั้นๆ ยิ่งมีมวลมากแรงก็จะยิ่งมาก

หลุมดำเป็นหลุมจริงหรือ
หลุมดำประกอบด้วยสสารที่มีความหนาแน่นสูงมาก มันไม่ใช่ที่ว่างหรือหลุม ซึ่งสมการของไอน์สไตน์ บอกว่าหลุมดำไม่ได้เป็นทางผ่านสู่อาณาบริเวณอื่นในอวกาศเหมือนรูหนอน หลุมดำเป็นสถานที่ที่นอกเหนือเอกภพปกติ มันสามารถติดต่อกับเอกภพภายนอกได้ผ่าน 3 ทาง คือ
1 มวลหลุมดำจะสร้างแรงดึงดูดโน้มถ่วงต่อวัตถุรอบข้างก่อนที่จะกลายเป็นหลุมดำ
2 โมเมนตัมเชิงมุมของหลุมดำก็เหมือนกับก่อนที่สสารจะกลายเป็นหลุมดำ
3 ประจุสุทธิของสสารทั้งหมดในหลุมดำจะเท่ากับประจุก่อนเข้าสู่หลุมดำ
ดังนั้น หลุมดำจึงไม่ได้เป็นหลุม นานมาแล้วเชื่อกันว่า หลุมดำเป็นเครื่องดูดฝุ่น แต่ด้วยสองเหตุผล ที่ทำให้หลุมดำไม่ได้มีประสิทธิภาพเหมือนเครื่องดูดฝุ่น
ประการแรก หลุมดำไม่ได้เป็นดวงดาว มีขนาดเล็กมากและมันจะสูบมวลสารเพียงเล็กน้อย แม้ว่าหลุมดำจะมีแรงดึงดูดโน้มถ่วงที่จะดึงดูดเอาแก๊สปริมาณมาก แต่หลุมดำก็มีขนาดเล็ก ดังนั้นแก๊สจะต้องหมุนวนรอบๆ อาจเป็นเวลาหลายปี ก่อนที่จะตกสู่หลุมดำ
ประการที่สอง ทางเดียวที่หลุมดำจะดึงสสารได้คือ แรงดึงดูดโน้มถ่วง ดาวฤกษ์ที่มีมวลเท่ากันยังสามารถใช้ผลทางกายภาพอื่นๆ เพื่อดึงสสารได้อีก
ปัจจุบันเรายังไม่สามารถสังเกตหลุมดำได้โดยตรง เพราะหลุมดำจะไม่ส่องสว่างในช่วงคลื่นใดๆเลย การศึกษาหลุมดำจึงยังคงอยู่ในระดับทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ และการหาหลักฐานจากการสังเกตการณ์ในระดับเบื้องต้นเท่านั้น
วิธีที่นักดาราศาสตร์มักใช้พิจารณาหาหลุมดำ คือ การตรวจสอบโคจรเพื่อหามวลของดาวในระบบดาวคู่ หรือวดการแผ่รังสีเอกซ์จากจานรวมมวลที่อาจเกิดขึ้นรอบๆ หลุมดำที่ดูดมวลจากดาวดวงอื่นเข้ามา