วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์
วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ (asteroseismology) คือการศึกษาการแกว่งกวัด ของดาวฤกษ์ โหมดการสั่นแบบต่าง ๆ ที่พบในดาวได้รับอิทธิพลจากส่วนต่าง ๆ ของดาวอย่างละเอียดอ่อน ดังนั้นจึงให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาว ซึ่งไม่สามารถทราบได้จากกำลังส่องสว่าง และ อุณหภูมิพื้นผิวของดาวที่สามารถสังเกตการณ์โดยตรงได้ วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นการศึกษาการแกว่งในดวงอาทิตย์ แม้ว่าทั้งสองจะมีพื้นฐานทางฟิสิกส์เดียวกัน แต่พื้นผิวของดวงอาทิตย์สามารถสังเกตได้ด้วยความละเอียดที่สูงกว่ามาก ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับข้อมูลที่ต่างกันทั้งในเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ
การไหวสะเทือน
แก้การสั่นไหวของดาวฤกษ์เกิดจากการเปลี่ยน พลังงานความร้อนมาเป็นพลังงานจลน์ กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับหลักการของเครื่องจักรความร้อน ซึ่งความร้อนจะถูกดูดกลืนเมื่ออุณหภูมิสูงและปล่อยออกมาเมื่ออุณหภูมิต่ำ กลไกหลักของดาวฤกษ์คือการเปลี่ยนพลังงานจากการแผ่รังสีเป็นพลังงานการขยับเต้นเป็นจังหวะที่พื้นผิว การสั่นที่เกิดขึ้นไม่ได้มีขนาดใหญ่มาก ซึ่งจะช่วยรักษาความเป็นอิสระของดาวฤกษ์และความสมมาตรทรงกลมของดาวฤกษ์ ในระบบดาวคู่ แรงน้ำขึ้นลงของดาวฤกษ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการแกว่งของดาวฤกษ์ การประยุกต์ใช้วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์อย่างหนึ่งคือในดาวนิวตรอน เราไม่สามารถสังเกตโครงสร้างภายในได้โดยตรง แต่ได้รับการอนุมานจากการศึกษาการไหวสะเทือนของนิวตรอน
ประเภทของคลื่น
แก้คลื่นภายในดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่
- โหมดความดัน (โหมด p) - คลื่นที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความดันภายในของดาว ซึ่งการเคลื่อนที่ถูกกำหนดโดยความเร็วของเสียงเฉพาะที่
- โหมดความโน้มถ่วง (โหมด g) - คลื่นที่เกิดจากการลอยตัว
- โหมดความโน้มถ่วงพื้นผิว (โหมด f) - คล้ายกับการเกิดคลื่นทะเลตามพื้นผิวดาวฤกษ์
ในดาวคล้ายดวงอาทิตย์ เช่น พร็อกซิมาคนครึ่งม้า โหมด p จะโดดเด่นที่สุด และโหมด g จะจำกัดอยู่ในส่วนแก่นดาวซึ่งเป็นชั้นพาความร้อน อย่างไรก็ตาม จะเห็นโหมด g ได้ในดาวแคระขาว
วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดวงอาทิตย์
แก้วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดวงอาทิตย์ เป็นสาขาย่อยของวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ดวงอาทิตย์โดยเฉพาะ การสั่นไหวของดวงอาทิตย์ถูกกระตุ้นด้วยการพาความร้อนในชั้นนอก และ การสั่นแบบคล้ายดวงอาทิตย์ภายในดาวฤกษ์ดวงอื่นก็ถือเป็นสาขาใหม่ของวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์
ภารกิจอวกาศ
แก้ยานอวกาศบางลำได้ถูกมอบหมายให้การตรวจสอบทางวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์เป็นเป้าหมายหลักของภารกิจ
- SOHO - ดาวเทียมสำรวจดวงอาทิตย์ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศในปี 1995 โดยความร่วมมือกันขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) และ นาซา
- WIRE - กล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดของนาซา ถูกส่งขึ้นไปในปี 1999 หลังจากที่ตัวกล้องโทรทรรศน์เกิดเสียหาย จึงถูกใช้สำหรับวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์
- MOST - ดาวเทียมของแคนาดาเปิดตัวในปี 2003 เป็นยานอวกาศลำแรกที่มีวัตถุประสงค์หลักในด้านวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์
- CoRoT - ดาวเทียมของ ESA ที่นำโดยฝรั่งเศสเปิดตัวในปี 2006 มีจุดประสงค์หลัก 2 อย่างคือการสังเกต ดาวเคราะห์นอกระบบ และวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์[1]
- ยานเคปเลอร์ - ถูกส่งไปในปี 2009 จุดประสงค์หลักคือการสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ก็ยังใช้สำหรับวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ด้วย[2]
ดาวยักษ์แดง
แก้ดาวยักษ์แดง เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ในช่วงปลายของวิวัฒนาการดาวฤกษ์หลังจากสิ้นสุดการหลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนในแกนกลาง ชั้นนอกของดาวขยายตัว 200 เท่าในขณะที่แกนกลางเกิดการยุบตัวจากความโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม มีสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน คือ ระยะเริ่มต้นที่การหลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนยังคงอยู่ในชั้นนอกของแกนกลางแต่ไม่มีฮีเลียมในแกนกลาง และระยะต่อมาที่แกนกลางถึงอุณหภูมิที่จะเริ่มฟิวชันฮีเลียม ก่อนหน้านี้ ระยะทั้งสองนี้ไม่สามารถแยกแยะได้จากการสังเกตการณ์สเปกตรัมของดาวฤกษ์ จนกระทั่งภารกิจของเคปเลอร์ได้ศึกษาคลื่นไหวสะเทือนของดาวยักษ์แดงจำนวนหลายร้อยดวง ทำให้สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างสองช่วงนี้ได้ โดยระยะเวลาโหมด g ของดาวที่เผาไหม้ไฮโดรเจนอยู่ภายใน 50 วินาที และระยะเวลาของดาวที่เผาไหม้ด้วยฮีเลียมคือภายใน 100 ถึง 300 วินาที วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ช่วยแสดงให้เห็นว่าแกนกลางหมุนเร็วกว่าพื้นผิวอย่างน้อยสิบเท่า การสังเกตการณ์เพิ่มเติมช่วยเปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่ไม่เคยทราบมาก่อน
อ้างอิง
แก้- ↑ "Europe goes searching for rocky planets" (Press release). ESA. 26 ตุลาคม 2006. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 9 ธันวาคม 2012. สืบค้นเมื่อ 3 สิงหาคม 2008.
- ↑ Grigahcène, A.; และคณะ (2010). "Hybrid γ Doradus – δ Scuti pulsators: New insights into the physics of the oscillations from Kepler observations". The Astrophysical Journal. 713 (2): L192–L197. arXiv:1001.0747. Bibcode:2010ApJ...713L.192G. doi:10.1088/2041-8205/713/2/L192. S2CID 56144432.
อ่านเพิ่มเติม
แก้- Aerts, Conny; Christensen-Dalsgaard, Jørgen; Kurtz, Donald (2010). Asteroseismology. Astronomy and Astrophysics Library. Dordrecht, New York: Springer. ISBN 978-1-4020-5803-5.
- Christensen-Dalsgaard, Jørgen. "Lecture notes on stellar oscillations". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 1 กรกฎาคม 2018. สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2015.
- Pijpers, Frank P. (2006). Methods in Helio- and Asteroseismology. London: Imperial College Press. ISBN 978-1-8609-4755-1.