ดาวฤกษ

ดาวฤกษ คอวตถทองฟาทเปนกอนพลาสมาสวางขนาดใหญทคงอยไดดวยแรงโนมถวง ดาวฤกษทอยใกลโลกมากทสด คอ ดวงอาทตย ซงเปนแหลงพลงงานหลกของโลก เราสามารถมองเหนดาวฤกษอน ๆ ไดบนทองฟายามราตร หากไมมแสงจากดวงอาทตยบดบง ในประวตศาสตร ดาวฤกษทโดดเดนทสดบนทรงกลมทองฟาจะถกจดเขาดวยกนเปนกลมดาว และดาวฤกษทสวางทสดจะไดรบการตงชอโดยเฉพาะ นกดาราศาสตรไดจดทำาบญชรายชอดาวฤกษเพมเตมขนมากมาย เพอใชเปนมาตรฐานในการตงชอดาวฤกษ

ตลอดอายขยสวนใหญของดาวฤกษ มนจะเปลงแสงไดเนองจากปฏกรยาเทอรโมนวเคลยรฟวชนทแกนของดาว ซงจะปลดปลอยพลงงานจากภายในของดาว จากนนจงแผรงสออกไปสอวกาศ ธาตเคมเกอบทงหมดซงเกดขนโดยธรรมชาตและหนกกวาฮเลยมมกำาเนดมาจากดาวฤกษทงสน โดยอาจเกดจากการสงเคราะหนวเคลยสของดาวฤกษระหวางทดาวยงมชวตอย หรอเกดจากการสงเคราะหนวเคลยสของซเปอรโนวาหลงจากทดาวฤกษเกดการระเบดหลงสนอายขย นกดาราศาสตรสามารถระบขนาดของมวล อาย สวนประกอบทางเคม และคณสมบตของดาวฤกษอกหลายประการไดจากการสงเกตสเปกตรม ความสวาง และการเคลอนทในอวกาศ มวลรวมของดาวฤกษเปนตวกำาหนดหลกในลำาดบววฒนาการและชะตากรรมในบนปลายของดาว สวนคณสมบตอนของดาวฤกษ เชน เสนผานศนยกลาง การหมน การเคลอนท และอณหภม ถกกำาหนดจากประวตววฒนาการของมน แผนภาพคลำาดบระหวางอณหภมกบความสวางของดาวฤกษจำานวนมาก ทรจกกนในชอ ไดอะแกรมของแฮรทสชปรง - รสเซลล (H-R ไดอะแกรม) ชวยทำาใหสามารถระบอายและรปแบบววฒนาการของดาวฤกษได

ดาวฤกษถอกำาเนดขนจากเมฆโมเลกลทยบตวโดยมไฮโดรเจนเปนสวนประกอบหลก รวมไปถงฮเลยม และธาตอนทหนกกวาอกจำานวนหนง เมอแกนของดาวฤกษมความหนาแนนมากเพยงพอ ไฮโดรเจนบางสวนจะถกเปลยนเปนฮเลยมผานกระบวนการนวเคลยรฟวชนอยางตอเนอง[1] สวนภายในทเหลอของดาวฤกษจะนำาพลงงานออกจากแกนผานทางกระบวนการแผรงสและการพาความรอนประกอบกน ความดนภายในของดาวฤกษปองกนมใหมนยบตวตอไปจากแรงโนมถวงของมนเอง เมอเชอเพลงไฮโดรเจนทแกนของดาวหมด ดาวฤกษทมมวลอยางนอย 0.4 เทาของดวง

อาทตย[2] จะพองตวออกจนกลายเปนดาวยกษแดง ซงในบางกรณ ดาวเหลานจะหลอมธาตทหนกกวาทแกนหรอในเปลอกรอบแกนของดาว จากนน ดาวยกษแดงจะววฒนาการไปสรปแบบเสอม มการรไซเคลบางสวนของสสารไปสสสารระหวางดาว สสารเหลานจะกอใหเกดดาวฤกษรนใหมซงมอตราสวนของธาตหนกทสงกวา[3]

ระบบดาวคและระบบดาวหลายดวงประกอบดวยดาวฤกษสองดวงหรอมากกวานนซงยดเหนยวกนดวยแรงโนมถวง และสวนใหญมกจะโคจรรอบกนในวงโคจรทเสถยร เมอดาวฤกษในระบบดาวดงกลาวสองดวงมวงโคจรใกลกนมากเกนไป ปฏกรยาแรงโนมถวงระหวางดาวฤกษอาจสงผลกระทบใหญหลวงตอววฒนาการของพวกมนได[4] ดาวฤกษสามารถรวมตวกนเปนสวนหนงอยในโครงสรางขนาดใหญทยดเหนยวกนดวยแรงโนมถวง เชน กระจกดาว หรอ ดาราจกร ได

ประวตการสงเกต

มนษยไดสงเกตเหนรปแบบการเรยงตวของดาวฤกษมาตงแตสมยโบราณ[5] ภาพทเหนนเปนภาพของสญลกษณของกลมดาวสงโต ในป ค.ศ. 1680 โดยโยฮนเนส เอเวลอส [6]

ดาวฤกษมความสำาคญอยางยงตออารยธรรมตาง ๆ ทวโลกมานบแตอดตกาล โดยเปนสวนหนงของพธกรรมทางศาสนา เปนองคประกอบสำาคญในศาสตรของการเดนเรอ รวมไปถงการกำาหนดทศทาง นกดาราศาสตรยคโบราณสวนใหญเชอวาดาวฤกษอยนงกบทบนทรงกลมสวรรค และไมมการเปลยนแปลงใด ๆ จากความเชอนทำาใหนกดาราศาสตรจดกลมดาวฤกษเขาดวยกนเปนกลมดาวตาง ๆ และใชกลมดาวเหลานในการตรวจตดตามการเคลอนทของดาวเคราะห รวมถงเสนทางการเคลอนทของดวงอาทตย [5] ตำาแหนงการเคลอนทของดวงอาทตยเมอเทยบกบกลมดาวฤกษทอยเบองหลง (และเสนขอบฟา) นำามาใชในการกำาหนดปฏทนสรยคต ซงสามารถใชเพอกำาหนดกจวตรในทางการเกษตรได[7] ปฏทนเกรกอเรยน ซงใชกนอยแพรหลายในโลกปจจบน จดเปนปฏทนสรยคตทตงอยบนพนฐานของมมของแกนหมนของโลกโดยเทยบกบดาวฤกษทอยใกลทสด คอ ดวงอาทตย

แผนทดาวอนแมนยำาทเกาแกทสด ปรากฏขนในสมยอยปตโบราณ เมอราว 1,534 ปกอนครสตกาล[8] นกดาราศาสตรบาบโลน แหงเมโสโปเตเมยไดรวบรวมบญชรายชอดาวฤกษทเกาแกทสดทเคยรจกขนในชวงปลายครสตสหสวรรษท 2 กอนครสตกาล ระหวางสมยคสไซท (ประมาณ 1531-1155 ปกอนครสตกาล) [9] แผนทดาวฉบบแรกในดาราศาสตรกรกสรางขนโดยอรสทลลส เมอราว 300 ปกอนครสตกาล ดวยความชวยเหลอของทโมชารส [10] แผนทดาวของฮปปารคส (2 ศตวรรษกอนครสตกาล) ปรากฏดาวฤกษ 1,020 ดวง และใชเพอรวบรวมแผนทดาวของปโตเลม [11] ฮปปารคสเปนทรจกกนวาเปนผคนพบโนวา (ดาวใหม) คนแรกเทาทเคยมการบนทก[12] ชอของกลมดาวและดาวฤกษทใชกนอยในปจจบนนโดยมากแลวสบมาจากดาราศาสตรกรก

ถงแมจะมความเชอเกาแกอยวาสรวงสวรรคนนไมเปลยนแปลง ทวานกดาราศาสตรชาวจนกลบพบวามดวงดาวใหมปรากฏขนได[13] ในป ค.ศ. 185 ชาวจนเปนพวกแรกทสงเกตการณและบนทกเกยวกบซเปอรโนวา ซงเปนทรจกกนวา SN 185 [14] เหตการณของดวงดาวทสวางทสดเทาทเคยบนทกในประวตศาสตร คอ ซเปอรโนวา SN 1006 ซงเกดขนในป ค.ศ. 1006 สงเกตพบโดยนกดาราศาสตรชาวอยปต อาล อบน รดวาน และนกดาราศาสตรชาวจนอกหลายคน[15] ซเปอรโนวา SN 1054 ซงเปนตนกำาเนดของเนบวลาป ถกสงเกตพบโดยนกดาราศาสตรชาวจนและชาวอสลาม[16][17][18]

นกดาราศาสตรชาวอสลามในยคกลางไดตงชอภาษาอารบกใหแกดาวฤกษหลายดวง และยงคงมการใชชอเหลานนอยจนถงปจจบน พวกเขายงคดคนเครองมอวดทางดาราศาสตรมากมายซงสามารถคำานวณตำาแหนงของดวงดาวได พวกเขายงไดกอตงสถาบนวจยหอดดาวขนาดใหญแหงแรก โดยมวตถประสงคหลกในการจดทำาแผนทดาว ซจ [19] ในหมนกดาราศาสตรเหลาน ตำาราดาวฤกษ (Book of Fixed Stars; ค.ศ 964) ถกเขยนขนโดยนกดาราศาสตรชาวเปอรเซย อบดลราฮมาน อล - ซฟ ผซงสามารถคนพบดาวฤกษ รวมทงกระจกดาว (รวมทง กระจกดาวโอมครอน เวโลรม และกระจกดาวบรอกค) และดาราจกร (รวมทง ดาราจกรแอนโดรเมดา) เปนจำานวนมาก[20] ในครสตศตวรรษท 11 นกวชาการผรรอบดานชาวเปอรเซย อาบ รายน อล - บรน (Abū Rayhān al-Bīrūnī) ไดพรรณนาลกษณะของดาราจกรทางชางเผอกวาประกอบดวยชนสวนดาวฤกษซงมคณสมบตเหมอนเมฆจำานวนมาก และยงระบละตจดของดาวฤกษหลายดวงไดในระหวางปรากฏการณจนทรปราคาในป ค . ศ . 1019 [21] นกดาราศาสตรชาวอนดะลส อบนบาจจาห เสนอวาทางชางเผอกประกอบขนจากดาวฤกษจำานวนมากจนดาวดวงหนงเกอบจะสมผสกบดาวอกดวงหนง และปรากฏใหเหนเปนภาพตอเนองกนดวยผลของการหกเหจากสารทอยเหนอโลก เขาอางองจากหลกฐานการสงเกตจากปรากฏการณดาวลอมเดอนของดาวพฤหสบดและดาวองคาร เมอราวฮ . ศ . 500 (ค.ศ. 1106/1107)[22]

นกดาราศาสตรยโรปในยคตน ๆ อาท ไทโค บราเฮ ไดคนพบดาวฤกษใหมปรากฏบนทองฟากลางคน (ตอมาเรยกชอวา โนวา) และเสนอวา แทจรงแลวสรวงสวรรคไมใชเปลยนแปลงมได ป ค.ศ. 1584 จออรดาโน บรโน เสนอแนวคดวาดาวฤกษตาง ๆ กเปนเหมอนดวงอาทตยดวงอน ๆ และอาจมดาวเคราะหของมนเองโคจรอยรอบ ๆ ซงดาวเคราะหบางดวงอาจมลกษณะเหมอนโลกกเปนได[23] แนวคดทำานองนเคยมการนำาเสนอมากอนแลวตงแตสมยกรกโบราณโดยนกปรชญาบางคนเชน ดโมครตสและเอพครส [24] เชนเดยวกบนกจกรวาลวทยาชาวอสลามในยคกลาง[25] อยางเชน

ฟาคร อลดน อลราซ [26] เมอลวงมาถงศตวรรษตอมา แนวคดทวาดาวฤกษเปนเหมอนกบดวงอาทตยทอยหางไกลออกไป ไดเปนทยอมรบในหมนกดาราศาสตร ไอแซก นวตน เสนอแนวคดเพออธบายวาเหตใดดาวฤกษจงไมมแรงดงดดผกพนกบระบบสรยะ เขาคดวาดาวฤกษแตละดวงกระจดกระจายกนอยในระยะหางเทา ๆ กน ซงไดรบการสนบสนนจากนกเทววทยา รชารด เบนทลย [27]

นกดาราศาสตรชาวอตาล เจมเนยโน มอนทานาร ไดบนทกผลสงเกตการเปลยนแปลงความสองสวางของดาวอลกอลในป ค.ศ. 1667 เอดมนด ฮลเลย ตพมพผลการวดความเรวแนวเลงของดาวฤกษทอยใกลเคยงกนคหนง เพอแสดงใหเหนวามการเปลยนแปลงตำาแหนงของดาวนบจากชวงเวลาททอเลมกบฮปปารคส นกดาราศาสตรกรกโบราณ เคยบนทกเอาไว การวดระยะทางระหวางดาวโดยตรงครงแรกทำาโดย ฟรดดรค เบสเซล ในป ค.ศ. 1838 โดยใชวธพารลแลกซกบดาว 61 Cygni ซงอยหางไป 11.4 ปแสง การตรวจวดดวยวธพารลแลกซนชวยใหมนษยทราบระยะทางอนกวางใหญระหวางดวงดาวตาง ๆ บนสรวงสวรรค[23]

วลเลยม เฮอรเชล เปนนกดาราศาสตรคนแรกทพยายามตรวจหาการกระจายตวของดาวฤกษบนทองฟา ระหวางครสตทศวรรษ 1780 เขาไดทำาการตรวจวดดวงดาวในทศทางตาง ๆ มากกวา 600 แบบ และนบจำานวนดาวฤกษทมองเหนในแตละทศทางนน ดวยวธนเขาพบวา จำานวนของดาวฤกษเพมขนอยางสมำาเสมอไปทางดานหนงของทองฟา คอในทศทางทมงเขาสใจกลางของทางชางเผอก จอหน เฮอรเชล บตรชายของเขาไดทำาการศกษาซำาเชนนอกครงในเขตซกโลกใต และพบผลลพธทเปนไปในทศทางเดยวกน[28] นอกเหนอจากผลสำาเรจดานอน ๆ แลว วลเลยม เฮอรเชลไดรบยกยองจากผลสงเกตของเขาครงนวา มดาวฤกษบางดวงไมไดอยบนแนวเสนสงเกตอนเดยวกน แตมดาวอนใกลเคยงซงเปนระบบดาวค

ศาสตรการศกษาสเปกโตรสโกปของดาวฤกษเรมบกเบกโดย โจเซฟ ฟอน ฟรอนโฮเฟอร และแองเจโล เซคค โดยการเปรยบเทยบสเปกตรมของดาวฤกษเชน เปรยบดาวซรอสกบดวงอาทตย พวกเขาพบวากำาลงและจำานวนของเสนดดกลนสเปกตรมของดาวมความแตกตางกน คอสวนของแถบมดในสเปกตรมดาวฤกษทเกดจากการดดกลนคลนความถเฉพาะอนเปนผลจากบรรยากาศ ป ค.ศ. 1865 เซคคเรมตนจดประเภทของดาวฤกษตามลกษณะสเปกตรมของมน[29] อยางไรกด รปแบบการจดประเภทดาวฤกษดงทใชกนอยในยคปจจบนไดพฒนาขนโดย แอนน เจ. แคนนอน ในระหวางครสตทศวรรษ 1900

การเฝาสงเกตดาวคเร มมความสำาคญมากยงขนในชวงครสตศตวรรษท 19 ในป ค.ศ. 1834 ฟรดดรค เบสเซล ไดเฝาสงเกตการเปลยนแปลงความเรวแนวเลงของดาวซรอส และสรปวามนมดาวคทซอนตวอย เอดเวรด พคเคอรงคนพบการแยกสของดาวคเปนครงแรกในป ค.ศ. 1899 ขณะทกำาลงสงเกตการกระจายแสงตามรอบเวลาของดาวมซารซงมชวงเวลา 104 วน รายละเอยดการเฝาสงเกตระบบดาวคอนๆ กเพมขนเรอย ๆ โดยนกดาราศาสตรหลายคน เชน วลเลยม สตรฟ และ เอส. ดบเบลย เบรนแฮม และทำาใหสามารถคำานวณมวลของดาวฤกษไดจากองคประกอบวงโคจรของมน ความสำาเรจแรกในการคำานวณวงโคจรของระบบดาวคจากการสงเกตการณทางกลองโทรทรรศนทำาไดโดย เฟลกซ ซาวาร ในป ค.ศ. 1827[30]

การศกษาดาวฤกษมความกาวหนาขนอยางมากตลอดชวงครสตศตวรรษท 20 ภาพถายกลายเปนเครองมอสำาคญทมคายงสำาหรบการศกษาทางดาราศาสตร คารล สวาซชลดคนพบวา สของดาวฤกษซงหมายถงอณหภมของมนนน สามารถตรวจสอบไดโดยการเปรยบเทยบคาโชตมาตรปรากฏกบความสวางในภาพถาย มการพฒนาโฟโตมเตอรแบบโฟโตอเลกทรกซงชวยใหการตรวจวดความสวางทความยาวคลนหลาย ๆ ชวงทำาไดแมนยำายงขน ป ค.ศ. 1921 อลเบรต เอ. มเชลสน ไดทำาการตรวจวดเสนผานศนยกลางของดาวฤกษไดเปนครงแรกโดยใชอนเตอรเฟอโรมเตอรของกลองโทรทรรศนฮกเกอร[31]

ผลงานทสำาคญในการศกษาลกษณะทางกายภาพของดาวฤกษเกดขนในชวงทศวรรษแรก ๆ ของครสตศตวรรษท 20 ในป ค.ศ. 1913 ไดมการพฒนาไดอะแกรมของเฮรตสปรง - รสเซลล ซงชวยกระตนการศกษาดานฟสกสดาราศาสตรของดาวฤกษมากยงขน แบบจำาลองเกยวกบโครงสรางภายในของดาวฤกษและววฒนาการของดาวกไดรบการพฒนาขนจนสำาเรจ รวมไปถงการพยายามอธบายสเปกตรมของดาวซงสามารถทำาไดโดยความกาวหนาอยางยงของควอนตมฟสกส ทงหมดนนำาไปสการอธบายองคประกอบทางเคมของชนบรรยากาศของดาวฤกษอกดวย[32]

นอกเหนอจากซเปอรโนวาแลว ไดมการเฝาสงเกตดาวฤกษเดยวจำานวนมากในดาราจกรตาง ๆ ทอยในกลมทองถนของทางชางเผอก[33] โดยเฉพาะอยางยงการเฝาสงเกตทางชางเผอกในสวนทสามารถมองเหนได (ดงทไดแสดงในบญชรายชอดาวฤกษเทาทพบในดาราจกรทางชางเผอก[34]) แตยงมดาวฤกษทเฝาสงเกตบางดวงอยในดาราจกร M100 ในกระจกดาราจกรหญงสาว ซงอยหางจากโลกไปราว 100 ลานปแสง[35] เราสามารถทจะมองเหนกระจกดาวภายในกระจกดาราจกรยวดยงทองถน กลองโทรทรรศนในยคปจจบนโดยทวไปสามารถใชสงเกตดาวฤกษเดยวจาง ๆ ในกระจกดาราจกรทองถนได ดาวฤกษทอยไกลทสดทเคยเฝาสงเกตอยไกลออกไปนบหลายรอยลานปแสง[36] (ดเพมเตมใน ดาวเซเฟอด) อยางไรกด ยงไมเคยมการเฝาสงเกตดาวฤกษเดยวหรอกระจกดาวอนใดทอยพนจากกระจกดาราจกรยวดยงของเราออกไปเลย นอกจากภาพถายจาง ๆ ภาพเดยว

การตงชอ

ดบทความหลกท การตงชอดาวฤกษ, หลกการตงชอทางดาราศาสตร และ บญชรายชอดาวฤกษ

หลกการเกยวกบกลมดาวเปนทรจกกนมานานแลวตงแตยคสมยบาบโลน ผทเฝาสงเกตทองฟายามราตรในยคโบราณจนตนาการรปรางการรวมตวของดวงดาวออกมาเปนรปแบบตางๆ กน และนำามาเกยวโยงกบตำานานปรมปราตามความเชอของตน มกลมดาว 12 รปแบบเรยงตวกนอยตามแนวสรยวถ ในเวลาตอมากลมดาวทง 12 กลมนกลายเปนพนฐานของวชาโหราศาสตร

นอกจากนยงมดาวฤกษทแยกจากกลมอกจำานวนหนงทโดดเดน กไดรบการตงชอใหดวย โดยมากเปนชอในภาษาอารบกหรอภาษาละตน

นอกเหนอไปจากกลมดาวและดวงอาทตยแลว บรรดาดวงดาวทงหมดกมตำานานเปนของตวเองดวย[38] ตามความเชอของชาวกรกโบราณ ดวงดาวบางดวง หรอทแทคอ ดาวเคราะห (ภาษากรกโบราณวา πλανήτης (planētēs) หมายถง "ผพเนจร") เปนตวแทนของเทพเจาองคสำาคญหลายองค ซงชอของเทพเจาเหลานนกเปนทมาของชอดาวดวย เชน ดาวพธ (เมอรควร) ดาวศกร (วนส) ดาวองคาร (มารส) ดาวพฤหสบด (จปเตอร) และดาวเสาร (แซทเทรน) [38] สำาหรบดาวยเรนสและเนปจนกเปนชอของตำานานเทพเจากรกและตำานานเทพเจาโรมนเชนเดยวกน แมในอดตดาวทงสองนยงไมเปนทรจก เพราะมนมความสวางตำามาก แตนกดาราศาสตรในยคหลงกตงชอดาวทงสองตามชอของเทพเจาดวยเชนกน

ครสตทศวรรษ 1600 มการใชชอของกลมดาวไปใชตงชอดาวฤกษอนทพบอยในยานฟาเดยวกน นกดาราศาสตรชาวเยอรมน โยฮน เบเยอร ไดสรางชดแผนทดาวขนชดหนง เขาใชอกษรกรกในการตงรหสดาวแตละดวงในกลมดาว ตอมา จอหน เฟลมสตด คดคนระบบตวเลขประสมเขาไปโดยอางองจากคาไรตแอสเซนชนของดาว เขาจดทำารายชอดาวไวในหนงสอ "Historia coelestis Britannica" (ฉบบป ค.ศ. 1712) ในเวลาตอมาระบบตวเลขนเปนทรจกในชอ ระบบการตงชอดาวฤกษของเฟลมสตด หรอ ระบบตวเลขเฟลมสตด[39][40]

หนวยงานเพยงแหงเดยวซงเปนทยอมรบในชมชนวทยาศาสตรวามอำานาจหนาทในการตงชอแกดาวฤกษหรอวตถทองฟาตาง ๆ คอ สหพนธดาราศาสตรสากล [41] ยงมบรษทเอกชนอกจำานวนหนงทอางการจำาหนายชอแกดวงดาว (ดงเชน "สำานกจดทะเบยนดาวฤกษระหวางประเทศ") อยางไรกด ชอจากองคกรเหลานไมเปนทยอมรบจากชมชนวทยาศาสตร และไมมใครใชดวย[41] พวกเขาเหนวาองคกรเหลานเปนพวกหลอกลวงทตมตนประชาชนทวไปซงไมเขาใจกระบวนการตงชอดาวฤกษ[42] แตกระนน ลกคาททราบเรองนกยงคงมความปรารถนาทจะตงชอดาวฤกษดวยตนเอง[43]

หนวยวด

คณลกษณะของดาวฤกษโดยมากจะระบโดยใชมาตราเอสไอ หรออาจมทใชมาตราซจเอสบางจำานวนหนง (ตวอยางเชน การระบคาความสองสวางเปน เออรกตอวนาท) คาของมวล ความสองสวาง และรศม มกระบในหนวยของดวงอาทตย โดยอางองจากคณลกษณะของดวงอาทตย ดงน

มวลดวงอาทตย:  กก . [44] ความสวางดวงอาทตย:  วตต [44] รศมดวงอาทตย: ม . [45]

สำาหรบหนวยความยาวทยาวมากๆ เชนรศมของดาวฤกษยกษ หรอคากงแกนเอกของระบบดาวค มกระบโดยใชหนวยดาราศาสตร (AU) ซงมคาโดยประมาณเทากบระยะทางจากโลกถงดวงอาทตย (ประมาณ 150 ลานกโลเมตร หรอ 93 ลานไมล)

กำาเนดและววฒนาการ

ดบทความหลกท ววฒนาการของดาวฤกษ

ดาวฤกษจะกอตวขนภายในเขตขยายของมวลสารระหวางดาวทมความหนาแนนสงกวา ถงแมวาความหนาแนนนจะยงคงตำากวาทอสญญากาศบนโลกกตาม ในบรเวณนซงเรยกวา เมฆโมเลกล และประกอบดวยไฮโดรเจนเปนสวนใหญ โดยมฮเลยมราวรอยละ 23-28 และธาตทหนกกวาอกจำานวนหนง ตวอยางหนงของบรเวณทมการกอตวของดาวฤกษอยในเนบวลานายพราน [46] และเมอดาวฤกษขนาดใหญกอตงขนจากเมฆโมเลกล ดาวฤกษเหลานกไดใหความสวางแกเมฆเหลาน นอกจากนยงเปลยนไฮโดรเจนใหกลายเปนไอออน ทำาใหเกดบรเวณทเรยกวา บรเวณเอช 2

การกอตวของดาวฤกษกอนเกด

ดบทความหลกท การกอตวของดาวฤกษ

จดกำาเนดของดาวฤกษเกดขนจากแรงโนมถวงทไมเสถยรภายในเมฆโมเลกล โดยมากมกเกดจากคลนกระแทกจากซเปอรโนวา (การระเบดขนาดใหญของดาวฤกษ) หรอจากการแตกสลายของดาราจกรสองแหงทปะทะกน (เชนในดาราจกรชนดดาวกระจาย) เมอยานเมฆนนมความหนาแนนเพยงพอจนถงขอบเขตความไมเสถยรของฌอง มนจงยบตวลงดวยแรงโนมถวงภายในของมนเอง[47]

ภาพวาดการกอตวของดาวฤกษในเมฆโมเลกลตามจนตนาการของศลปน

ขณะทเมฆโมเลกลยบตวลง ฝนและแกสหนาแนนกเขามาเกาะกลมอยดวยกน เรยกวา Bok globule ยงกลมเมฆยบตวลง ความหนาแนนภายในกเพมสงขนเรอย ๆ พลงงานจากแรงโนมถวงถกแปลงไปกลายเปนความรอนซงทำาใหอณหภมสงยงขน เมอเมฆดาวฤกษกอนเกดนดำาเนนไปจนกระทงถงสภาวะสมดลของอทกสถต จงเรมมดาวฤกษกอนเกดกอตวขนทใจกลาง[48] ดาวฤกษกอน

แถบลำาดบหลกมกจะมแผนจานดาวเคราะหกอนเกดลอมรอบอย ชวงเวลาของการแตกสลายดวยแรงโนมถวงนกนเวลาประมาณ 10-15 ลานป

ดาวฤกษยคแรกทมมวลนอยกวา 2 เทาของมวลดวงอาทตย จะเรยกวาเปนดาวประเภท T Tauri สวนพวกทมมวลมากกวานนจะเรยกวาเปน ดาวเฮอรบก Ae/Be ดาวฤกษเกดใหมเหลานจะแผลำาพลงงานของแกสออกมาตามแนวแกนการหมน ซงอาจชวยลดโมเมนตมเชงมมของดาวฤกษทกำาลงยบตวลงและทำาใหกลมเมฆเรองแสงเปนหยอม ๆ ซงรจกกนในชอ วตถเฮอรบก - ฮาโร [49] [50] ลำาแกสเหลาน เมอประกอบกบการแผรงสจากดาวฤกษขนาดใหญทอยใกลเคยง อาจชวยขบกลมเมฆซงปกคลมอยรอบดาวฤกษทดาวนนกอตงอยออกไป[51]

แถบลำาดบหลก

ดบทความหลกท แถบลำาดบหลก

ชวงเวลากวา 90% ของดาวฤกษจะใชไปในการเผาผลาญไฮโดรเจนเพอสรางฮเลยมดวยปฏกรยาแรงดนสงและอณหภมสงทบรเวณใกลแกนกลาง เรยกดาวฤกษเหลานวาเปนดาวฤกษทอยในแถบลำาดบหลกหรอดาวแคระ นบแตชวงอายเปน 0 ในแถบลำาดบหลก สดสวนฮเลยมในแกนกลางดาวจะเพมขนเรอย ๆ ผลทเกดขนตามมาเพอการรกษาอตราการเกดปฏกรยานวเคลยรฟวชนในแกนกลางคอ ดาวฤกษจะคอย ๆ มอณหภมสงขนและความสองสวางเพมขนเรอย ๆ[52] ตวอยางเชน ดวงอาทตยมคาความสองสวางเพมขนนบจากเมอครงเขาสแถบลำาดบหลกครงแรกเมอ 4,600 ลานปกอนราว 40%[53]

ดาวฤกษทกดวงจะสรางลมดาวฤกษ ซงประกอบดวยอนภาคเลก ๆ ของแกสทไหลออกจากดาวฤกษไปในหวงอวกาศ โดยมากแลวมวลทสญเสยไปจากลมดาวฤกษนถอวานอยมาก แตละปดวงอาทตยจะสญเสยมวลออกไปประมาณ 10-14 เทามวลดวงอาทตย[54] หรอคดเปนประมาณ 0.01% ของมวลทงหมดของมนตลอดชวงอาย แตสำาหรบดาวฤกษมวลมากอาจจะสญเสยมวลไปราว 10−7 ถง 10−5 เทาของมวลดวงอาทตยตอป ซงคอนขางสงผลกระทบตอววฒนาการของตวมนเอง[55] ดาวฤกษทมมวลเรมตนมากกวา 50 เทาของมวลดวงอาทตยอาจสญเสยมวลออกไปราวครงหนงของมวลทงหมดตลอดชวงเวลาทอยในแถบลำาดบหลก[56]

ตวอยางแสดงตำาแหนงของดาวฤกษตางๆ บนไดอะแกรมของเฮรตสปรง - รสเซลล ดวงอาทตยอยบรเวณเกอบกงกลางของแถบ (ดเพมใน การจดประเภทดาวฤกษ)

ระยะเวลาทดาวฤกษจะอยบนแถบลำาดบหลกขนอยกบมวลเชอเพลงตงตนกบอตราเผาผลาญเชอเพลงของดาวฤกษนนๆ กลาวอกนยหนงคอมวลตงตนและความสองสวางของดาวฤกษนนเอง สำาหรบดวงอาทตย ประมาณวาจะอยบนแถบลำาดบหลกประมาณ 1010 ป ดาวฤกษขนาดใหญจะเผาผลาญเชอเพลงในอตราเรวมากและมอายสน ขณะทดาวฤกษขนาดเลก (คอดาวแคระ) จะเผาผลาญเชอเพลงในอตราทชากวาและสามารถอยบนแถบลำาดบหลกไดนานหลายหมนหรอหลายแสนลานป ซงในบนปลายของอาย มนจะคอย ๆ หรจางลงเรอย ๆ[2] อยางไรกด อายของเอกภพทประมาณการไวในปจจบนอยท 13,700 ลานป ดงนนจงไมอาจคนพบดาวฤกษดงทกลาวมานได

นอกเหนอจากมวล องคประกอบของธาตหนกทหนกกวาฮเลยมกมบทบาทสำาคญตอววฒนาการของดาวฤกษเชนกน ในทางดาราศาสตร ธาตทหนกกวาฮเลยมจะเรยกวาเปน "โลหะ" และความเขมขนทางเคมของธาตเหลานจะเรยกวา คาความเปนโลหะ คานมอทธพลตอชวงเวลาทดาวฤกษเผาผลาญเชอเพลง รวมถงควบคมการกำาเนดสนามแมเหลกของดาวฤกษ[57] และมผลตอความเขมของลมดาวฤกษดวย[58] ดาวฤกษชนดดารากร 2 ซงมอายเกาแกกวาจะมคาความเปนโลหะนอยกวาดาวฤกษรนใหม หรอดาวฤกษแบบดารากร 3 เนองมาจากองคประกอบทมอยในเมฆโมเลกลอนดาวฤกษถอกำาเนดขนมานนเอง ยงเวลาผานไป เมฆเหลานจะมสวนประกอบของธาตหนกเขมขนขนเรอยๆ เมอดาวฤกษเกาแกสนอายขบและสงคนสารประกอบภายในชนบรรยากาศของมนกลบไปในอวกาศ

หลงแถบลำาดบหลก

ดบทความหลกท ดาวยกษแดง

เมอดาวฤกษทมมวลอยางนอย 0.4 เทาของมวลดวงอาทตย[2] หมดไฮโดรเจนในแกนกลาง พนผวชนนอกของมนจะขยายตวอยางมากและดาวจะเยนลง ซงเปนการกอตงของดาวยกษแดง ยกตวอยางเชน อกภายใน 5 พนลานป เมอดวงอาทตยกลายเปนดาวยกษแดง มนจะขยายตวออกจนมรศมสงสดราว 1 หนวยดาราศาสตร (150,000,000 กม . ) หรอคดเปนขนาด 2.5 เทาของขนาดในปจจบน และเมอดวงอาทตยกลายเปนดาวยกษแดง มนจะสญเสยมวลไปราว 30% ของมวลดวงอาทตยในปจจบน[53][59]

ในดาวยกษแดงทมมวลมากถง 2.25 เทาของมวลดวงอาทตย ปฏกรยาฟวชนไฮโดรเจนจะยงคงดำาเนนตอไปในพนผวเปลอกรอบแกนกลาง[60] ในทสด แกนกลางจะบบอดจนกระทงเรมปฏกรยาฟวชนฮเลยม และดาวฤกษจะมรศมหดตวลงอยางตอเนองและมอณหภมพนผวสงขน ในดาวฤกษทมขนาดใหญกวาน พนทแกนกลางจะเปลยนจากการฟวชนไฮโดรเจนไปเปนการฟวชนฮเลยมโดยตรง[61]

หลงจากดาวฤกษไดใชฮเลยมทแกนกลางจนหมด ปฏกรยาฟวชนจะยงคงดำาเนนตอไปในเปลอกหมแกนกลางซงประกอบดวยคารบอนและออกซเจน ดาวฤกษนนกจะยงคงดำาเนนตอไปในเสนทางววฒนาการคขนานไปกบระยะดาวยกษแดงในชวงแรก แตมอณหภมพนผวสงกวามาก

ดาวมวลมาก

ดบทความหลกท ดาวยกษใหญแดง

ดาวบเทลจส เปนดาวยกษใหญแดง ซงกำาลงจะสนอายขย

ระหวางชวงการเผาผลาญฮเลยมของดาวฤกษเหลาน ดาวมวลมากซงมมวลมากกวา 9 เทาของมวลดวงอาทตยจะพองตวออกจนกระทงกลายเปนดาวยกษใหญแดง เมอเชอเพลงทแกนกลางของดาวยกษใหญแดงหมด พวกมนจะยงคงฟวชนธาตทหนกกวาฮเลยม

แกนกลางจะหดตวลงตอไปจนกระทงมอณหภมและความดนเพยงพอทจะฟวชนคารบอน กระบวนการดงกลาวดำาเนนตอไป ตอดวยกระบวนการใชนออนเปนเชอเพลง ตามดวยออกซเจนและซลคอน เมออายขยของดาวฤกษใกลจะสนสด ฟวชนจะสามารถเกดขนไปพรอม ๆ กบชนเปลอกหว

หอมจำานวนมากภายในดาวฤกษ เปลอกเหลานจะฟวชนธาตทแตกตางกน โดยเปลอกชนนอกสดจะฟวชนไฮโดรเจน ชนตอไปฟวชนฮเลยม เปนเชนนไปเรอย ๆ[62]

ดาวฤกษเขาสระยะสดทายของอายขยเมอมนเรมผลตเหลก เนองจากนวเคลยสของเหลกมยดเหนยวระหวางกนอยางแนนหนากวานวเคลยสทหนกกวาใด ๆ ถาหากเหลกถกฟวชนกจะไมกอใหเกดการปลดปลอยพลงงานแตอยางใด แตในทางกลบกน กระบวนการดงกลาวตองใชพลงงาน เชนเดยวกน นบตงแตเหลกยดเหนยวอยางแนนหนากวานวเคลยสทเบากวาทงหมด พลงงานจงไมสามารถถกปลดปลอยออกมาโดยปฏกรยาฟชชนได ในดาวฤกษทคอนขางมอายและมวลมาก แกนกลางขนาดใหญของดาวจะประกอบดวยเหลกเพมมากขน ธาตทหนกกวาในดาวฤกษเหลานจะยงคงถกสงขนมายงพนผว กอใหเกดวตถววฒนาการซงเปนทรจกกนวา ดาวฤกษวลฟ - ราเยท ซงมลมดาวฤกษหนาแนนเกดขนบรเวณบรรยากาศชนนอก[60]

การยบตว

เมอถงขนน ดาวฤกษมวลปานกลางซงววฒนาการแลวจะสลดพนผวชนนอกออกมาเปนเนบวลาดาวเคราะห หากสงทเหลอจากบรรยากาศชนนอกทลอยกระยออกไปมมวลนอยกวา 1.4 เทาของมวลดวงอาทตย มนจะยบตวลงจนกลายเปนวตถขนาดขางเลก (มขนาดเทากบขนาดของโลก) ซงไมมมวลมากพอทจะมแรงกดดนเกดขนไปมากกวานอก หรอทรจกกนวา ดาวแคระขาว [63] สสารเสอมอเลกตรอนภายในดาวแคระขาวจะไมใชพลาสมาอกตอไป ถงแมวาดาวฤกษจะหมายความถงทรงกลมซงประกอบไปดวยพลาสมากตาม ในทสด ดาวแคระขาวกจะจางลงจนกลายเปนดาวแคระดำา หลงจากเวลาผานไป

เนบวลาป ซากจากซเปอรโนวาทไดรบการบนทกครงแรกในประวตศาสตร ราวค.ศ. 1054

ในดาวฤกษทมขนาดใหญกวา ปฏกรยาฟวชนจะยงคงดำาเนนตอไปจนกระทงแกนกลางเหลกมขนาดใหญขนอยางมาก (มมวลมากกวา 1.4 เทาของมวลดวงอาทตย) จนกระทงมนไมสามารถรองรบมวลอนมหาศาลของตวมนเองได แกนกลางนจะยบตวลงอยางเฉยบพลน เมออเลกตรอนเขาไปอยในโปรตอน ทำาใหเกดนวตรอนและนวตรโนในการสลายใหอนภาคบตาผกผนหรอการจบยดอเลกตรอน คลนกระแทกอนเกดจากการยบตวกะทนหนนไดทำาใหสวนทเหลอของดาวฤกษระเบด

ออกเปนซเปอรโนวา ซเปอรโนวามความสวางมากเสยจนแสงสวางของมนบดบงแสงจากดาวฤกษทงหมดในดาราจกรทดาวนนอย และเมอซเปอรโนวาเกดขนในดาราจกรทางชางเผอก ในประวตศาสตร ซเปอรโนวาไดรบการสงเกตโดยผสงเกตการณดวยตาเปลาวาเปน "ดาวฤดษดวงใหม" ทซงไมเคยเกดขนมากอน[64]

สสารสวนใหญของดาวฤกษจะถกระเบดออกจากการระเบดซเปอรโนวา (ทำาใหเกดเนบวลา อยางเชน เนบวลาป [64] ) และสวนทเหลออยจะกลายมาเปน ดาวนวตรอน (ซงในบางครงมคณสมบตชดเจน อยางเชน พลซาร หรอ พลซารรงสเอกซ) หรอในกรณของดาวฤกษทมขนาดใหญทสด (มขนาดใหญมากพอทการระเบดออกยงคงเหลอซากทมมวลโดยประมาณอยางนอย 4 เทาของมวลดวงอาทตย) ดาวฤกษเหลานจะกลายไปเปนหลมดำา [65] สสารจะอยในดาวนวตรอนจะอยในสภานะสสารเสอมนวตรอน โดยมรปแบบของสสารเสอมทประหลาดกวานน สสารควารก เกดขนทแกนกลาง ภายในหลมดำา มสสารในสถานะซงยงคงไมเปนทเขาใจในปจจบน

พนผวชนนอกสวนทถกระเบดออกจากดาวทตายแลวรวมไปถงธาตหนกซงอาจเปนสารเรมตนระหวางการกอตงของดาวฤกษดวงใหมได ธาตหนกเหลานทำาใหเกดดาวเคราะหหน การไหลอออกจากซเปอรโนวาและลมดาวฤกษไดมสวนสำาคญในการกอใหเกดมวลสารระหวางดาว[64]

การกระจายตว

ดาวแคระขาวโคจรรอบดาวซรอส ภาพวาดจากจนตนาการของศลปน

นอกจากดาวฤกษทอยอยางโดดเดยว ระบบดาวหลายดวงมกประกอบดวยดาวฤกษตงแต 2 ดวงขนไปทเกยวพนกนอยดวยแรงโนมถวงดงดดระหวางกน ทำาใหตางโคจรไปรอบกนและกน ระบบดาวหลายดวงทพบมากทสดคอ ระบบดาวค แตกมระบบดาว 3 ดวงหรอมากกวานนใหพบเหนดวยเชนกน ตามหลกการเสถยรภาพของวงโคจร ในระบบดาวหลายดวงมกแบงสดสวนการโคจรออกเปนระดบชนซงแตละชนมลกษณะคลายกบระบบดาวค[66] นอกจากนยงมระบบดาวทใหญขนไปอกเรยกวา กระจกดาว ซงประกอบดวยกลมของดาวฤกษทอยดวยกนอยางหลวม ๆ อาจมดาวเพยงไมกดวง ไปจนถงกระจกดาวทรงกลมทมดาวฤกษสมาชกนบหลายรอยหลายพนดวง

มขอสมมตฐานมานานแลววาดาวฤกษสวนใหญจะเปนสมาชกอยในระบบดาวหลายดวงทมแรงโนมถวงดงดดระหวางกน ขอสมมตฐานนเปนจรงอยางมากกบดาวฤกษมวลมากประเภท O และ B ซงเชอวากวา 80% ของดาวฤกษในประเภทนอยในระบบดาวหลายดวง อยางไรกดมการคนพบระบบดาวเดยวเพมมากขนโดยเฉพาะกบดาวฤกษขนาดเลก เชอวามเพยงประมาณ 25% ของดาวแคระแดงเทานนทมดาวอนอยในระบบเดยวกน จากจำานวนดาวฤกษทงหมดเปนดาวแคระแดงไปถง 85% ดาวฤกษสวนใหญในทางชางเผอกกเปนดาวฤกษเดยวมานบแตถอกำาเนด[67]

ตลอดทวเอกภพ ดาวฤกษไมไดกระจายตวกนอยอยางสมำาเสมอ แตมการรวมกลมอยดวยกนในลกษณะของดาราจกร รวมถงสวนของแกสและฝนระหวางดวงดาว ดาราจกรโดยทวไปมดาวฤกษอยเปนจำานวนหลายแสนลานดวง และภายในเอกภพทสงเกตได มดาราจกรอยทงสนมากกวาหนงแสนลานแหง[68] แมจะเชอกนวา ดาวฤกษโดยทวไปควรอยในดาราจกรแหงใดแหงหนง ทวากมการคนพบดาวฤกษทอยระหวางดาราจกรดวยเชนกน[69] นกดาราศาสตรคาดการณวา นาจะมดาวฤกษอยทงสนประมาณ 7 หมนลานลานลานดวง (7×1022) ภายในเอกภพทสงเกตได[70]

ดาวฤกษทอยใกลโลกทสดนอกไปจากดวงอาทตย คอดาวพรอกซมาคนครงมา ซงอยหางไปประมาณ 39.9 ลานลานกโลเมตร (1012 กโลเมตร) หรอประมาณ 4.2 ปแสง แสงจากดาวพรอกซมาคนครงมาใชเวลาเดนทาง 4.2 ปจงจะมาถงโลก ถาเดนทางดวยความเรววงโคจรของกระสวยอวกาศ (ประมาณ 5 ไมลตอวนาท หรอประมาณ 30,000 กโลเมตรตอชวโมง) จะตองใชเวลาประมาณ 150,000 ปจงจะไปถงดาวแหงนน[71] ระยะทางทเอยถงนเปนระยะทางภายในแผนจานดาราจกรซงครอบคลมบรเวณระบบสรยะ[72] หากเปนบรเวณใจกลางของดาราจกรหรอในกระจกดาวทรงกลม ดาวฤกษจะอยใกลชดกนมากกวาน

เมอดาวฤกษในบรเวณหางไกลจากใจกลางดาราจกรอยหางกนขนาดน จงเชอวาโอกาสทดาวฤกษจะปะทะกนมคอนขางนอย ขณะทในยานซงมดาวฤกษอยอยางหนาแนนเชนในกระจกดาวทรงกลมหรอใจกลางดาราจกร การทดาวฤกษปะทะกนถงเปนเรองสามญทเกดขนทวไป[73] การปะทะของดาวฤกษนจะทำาใหเกดดาวฤกษประหลาดชนดใหมทเรยกวา ดาวแปลกพวกสนำาเงน ซงมคาอณหภมพนผวสงกวาดาวฤกษในแถบลำาดบหลกโดยทวไปในกระจกดาวเดยวกนทงทมความสองสวางเทากน[74]

คณสมบต

การอธบายถงคณสมบตตางๆ ของดาวฤกษสวนใหญลวนอางองถงมวลเรมตนของดาว แมกระทงคณลกษณะอนละเอยดออนเชน การสองสวาง และขนาด ตลอดจนถงววฒนาการของดาว ชวงอาย และสภาพหลงจากการแตกดบ

อาย

ดาวฤกษสวนใหญมอายอยระหวาง 1 พนลานถง 1 หมนลานป มบางบางดวงทอาจมอายถง 13,700 ลานปซงเปนอายโดยประมาณของเอกภพ ดาวฤกษทเกาแกทสดเทาทคนพบขณะนคอ HE 1523-0901 ซงมอายโดยประมาณ 13,200 ลานป[75][76]

ยงดาวฤกษมมวลมากเทาใด กจะยงมอายสนเทานน ทงนเนองจากดาวฤกษทมมวลมากจะมแรงดนภายในแกนกลางทสงกวา ทำาใหการเผาผลาญไฮโดรเจนเปนไปในอตราทสงกวา ดาวฤกษมวลมากทสดมอายเฉลยเทาทพบราว 1 ลานป สวนดาวฤกษทมมวลนอยทสด (ดาวแคระแดง) เผาผลาญพลงงานภายในตวเองในอตราทตำามาก และมอายอยยาวนานตงแตหลกพนลานจนถงหมนลานป[77][78]

องคประกอบทางเคม

ดเพมท ความเปนโลหะ ( ดาราศาสตร )

เมอแรกทดาวฤกษกอตวขน มนประกอบดวยไฮโดรเจน 71% และฮเลยม 27% โดยมวล[79] กบสดสวนของธาตหนกอกเลกนอย โดยทวไปเราวดปรมาณของธาตหนกในรปขององคประกอบเหลกในชนบรรยากาศของดาวฤกษ เนองจากเหลกเปนธาตพนฐาน และการตรวจวดเสนการดดซบของมนกทำาไดงาย ในเมฆโมเลกลอนเปนตนกำาเนดของดาวฤกษจะอดมไปดวยธาตหนกมากมายทไดมาจากซเปอรโนวาหรอการระเบดของดาวฤกษรนแรก ดงนนการตรวจวดองคประกอบทางเคมของดาวฤกษจงสามารถใชประเมนอายของมนได[80] เราอาจใชองคประกอบธาตหนกในการวนจฉยไดดวยวาดาวฤกษดวงนนนาจะมระบบดาวเคราะหของตนเองหรอไม[81]

ดาวฤกษทมองคประกอบธาตเหลกตำาทสดเทาทเคยตรวจพบ คอดาวแคระ HE1327-2326 โดยมองคประกอบเหลกเพยง 1 ใน 200,000 สวนของดวงอาทตย[82] ในดานตรงขาม ดาวฤกษทมโลหะธาตสงมากคอ μ Leonis ซงมธาตเหลกสงกวาดวงอาทตยเกอบสองเทา อกดวงหนงคอ 14 Herculis ซงมดาวเคราะหเปนของตนเองดวย มธาตเหลกสงกวาดวงอาทตยเกอบสามเทา[83] นอกจากนยงมดาวฤกษทมองคประกอบทางเคมอนแปลกประหลาดอกหลายดวงซงสงเกตไดจากเสนสเปกตรมของมน โดยทมทงโครเมยมกบธาตหายากบนโลก[84]

เสนผานศนยกลาง

ขนาดเปรยบเทยบดาวฤกษ

ดาวฤกษตางๆ อยหางจากโลกมาก ดงนนนอกจากดวงอาทตยแลว เราจงมองเหนดาวฤกษตางๆ เปนเพยงจดแสงเลกๆ ในเวลากลางคน สองแสงกระพรบวบวบเนองมาจากผลจากชนบรรยากาศของโลก ดวงอาทตยกเปนดาวฤกษดวงหนง แตอยใกลกบโลกมากพอจะปรากฏเหนเปนรปวงกลม และใหแสงสวางในเวลากลางวน นอกเหนอจากดวงอาทตยแลว ดาวฤกษทมขนาดปรากฏใหญทสดคอ R Doradus ซงมเสนผานศนยกลางเชงมมเพยง 0.057 พลปดา [85]

ภาพของดาวฤกษสวนมากทมองเหนและวดไดในขนาดเชงมมจะเลกมากจนตองอาศยการสงเกตการณบนโลกดวยกลองโทรทรรศน บางครงตองใชกลองโทรทรรศนในเทคนค interferometer เพอชวยขยายภาพ เทคนคอกประการหนงในการตรวจวดขนาดเชงมมของดาวฤกษคอ occultation โดยการตรวจวดความสองสวางของดาวทลดลงเนองมาจากความสวางของดวงจนทร (หรอจากความสองสวางทเพมขนเมอมนปรากฏขนใหม) แลวจงนำามาคำานวณขนาดเชงมมของดาวฤกษนน[86]

ขนาดของดาวฤกษเรยงตามลำาดบตงแตเลกสดคอ ดาวนวตรอน มขนาดเสนผานศนยกลางระหวาง 20 ถง 40 กโลเมตร ไปจนถงดาวยกษใหญเชน ดาวบเทลจสในกลมดาวนายพราน ซงมเสนผานศนยกลางมากกวาดวงอาทตยราว 650 เทา คอกวา 900 ลานกโลเมตร แตดาวบเทลจสยงมความหนาแนนตำากวาดวงอาทตยของเรา[87]

การเคลอนท

ดบทความหลกท จลนศาสตรดาวฤกษ

กระจกดาวลกไก กระจกดาวเปดในกลมดาววว ดาวฤกษเหลานมการแลกเปลยนการคเลอนทในอวกาศรปแบบเดยวกน[88]

ลกษณะการเคลอนทของดาวฤกษเมอเปรยบเทยบกบดวงอาทตยของเรา สามารถใหขอมลทเปนประโยชนอยางยงในการเรยนรถงจดกำาเนดและอายของดาว รวมไปถงโครงสรางและววฒนาการของดาราจกรโดยรอบ องคประกอบการเคลอนทของดาวฤกษประกอบดวย ความเรวแนวเลง ทวงเขาหาหรอวงออกจากดวงอาทตย และการเคลอนทเชงมมทเรยกวา การเคลอนทเฉพาะ

การตรวจวดความเรวแนวเลงทำาไดโดยโดยอาศยการเคลอนดอปเปลอรของเสนสเปกตรมของดาว หนวยทวดเปนกโลเมตรตอวนาท การตรวจวดการเคลอนทเฉพาะของดาวฤกษทำาไดจากเครองมอตรวจวดทางดาราศาสตรทมความแมนยำาสง หนวยทวดเปนมลลพลปดาตอป เมออาศยการตรวจสอบพารลแลกซของดาวฤกษ เราจงสามารถแปลงการเคลอนทเฉพาะใหไปเปนหนวยของความเรวได ดาวฤกษทมคาการเคลอนทเฉพาะสงมแนวโนมทจะอยใกลดวงอาทตยมากกวาดาวดวงอน จงเปนตวแทนทดสำาหรบใชตรวจวดพารลแลกซของดาวได[89]

เมอเราทราบอตราการเคลอนททงสองตวนแลว กจะสามารถคำานวณความเรวในการเคลอนทอวกาศของดาวฤกษดวงนนเปรยบเทยบกบดวงอาทตยหรอดาราจกรได ในบรรดาดาวฤกษใกลเคยงทตรวจวด พบวาดาวฤกษชนดดารากร 1 มความเรวตำากวาดาวฤกษทมอายมากกวาเชน ดาวฤกษชนดดารากร 2 ดาวฤกษในกลมหลงมระนาบโคจรทคอนขางใกลเคยงกบระนาบดาราจกร [90] เมอเปรยบเทยบจลนศาสตรของดาวฤกษทอยในบรเวณใกลเคยงกน ทำาใหเราสามารถจดกลมของดาวฤกษได ซงมแนวโนมทดาวฤกษในกลมเดยวกนจะกำาเนดมาจากเมฆโมเลกลชดเดยวกน[91]

สนามแมเหลก

สนามแมเหลกพนผวของดาว SU Aur (ดาวฤกษอายนอยแบบ T Tauri) นำามาปรบแตงดวยเทคนคการสรางภาพแบบ Zeeman-Doppler

ดบทความหลกท สนามแมเหลกของดาวฤกษ

สนามแมเหลกของดาวฤกษเกดขนจากบรเวณภายในของดาวทซงเกดการไหลเวยนของการพาความรอน การเคลอนทนทำาใหประจในพลาสมาทำาตวเสมอนเปนเครองกำาเนดไฟฟาแบบไดนาโม ซงทำาใหเกดสนามแมเหลกแผขยายออกมาภายนอกดวงดาว กำาลงของสนามแมเหลกนแปรตามขนาดของมวลและองคประกอบของดาว สวนขนาดของกจกรรมพนผวสนามแมเหลกกขนกบอตราการหมนรอบตวเองของดาวฤกษนน กจกรรมทพนผวสนามแมเหลกนทำาใหเกดจดบนดาวฤกษ อนเปนบรเวณทมสนามแมเหลกเขมกวาปกตและมอณหภมเฉลยตำากวาปกต วงโคโรนาคอแนวสนามแมเหลกโคงทแผเขาไปในโคโรนา สวนแสงวาบดาวฤกษคอการระเบดของอนภาคพลงงานสงทแผออกมาเนองจากกจกรรมพนผวสนามแมเหลก[92]

ดาวฤกษทอายนอยและหมนรอบตวเองดวยความเรวสงมแนวโนมจะมกจกรรมพนผวในระดบทสงเนองมาจากกำาลงสนามแมเหลกของมน สนามแมเหลกของดาวยงสงอทธพลตอลมดาวฤกษดวย โดยทำาหนาทเหมอนตวหนวง ทำาใหอตราการหมนรอบตวเองของดาวฤกษชาลงเมอดาวมอายมากขน ดงนน ดาวฤกษทมอายมากกวาเชนดวงอาทตยของเราจงมอตราการหมนรอบตวเองทตำากวา และมกจกรรมพนผวทนอยกวาดาวฤกษอายเยาว ระดบของกจกรรมพนผวของดาวฤกษทหมนรอบตวเองชาคอนขางเปลยนแปลงเปนวงรอบและอาจหยดกจกรรมบางอยางไปชวระยะเวลาหนง[93] ชวงเวลานเรยกวา Maunder minimum ซงดวงอาทตยกเคยผานระยะเวลานเปนเวลา 70 ป ทไมมกจกรรมใดๆ เกยวกบจดบนดวงอาทตยเกดขนเลย

มวล

หนงในบรรดาดาวฤกษทมมวลมากทสดทรจกกน คอ Eta Carinae [94] ซงมมวลมากกวามวลดวงอาทตยราว 100-150 เทา ชวงอายของมนสนมาก เพยงประมาณไมกลานปเทานน ผลจากการศกษากระจกดาวอารเชสเมอเรว ๆ นแสดงใหเหนวา มวลขนาด 150 เทาของมวลดวงอาทตยจดเปนขดจำากดสงสดของดาวฤกษในเอกภพในยคปจจบน[95] สาเหตของขดจำากดนยงไมเปนททราบแนชด แตนาจะมความเกยวของสวนหนงกบความสองสวางเอดดงตน ซงอธบายถงคาความสองสวางสงสดทสามารถแผผานบรรยากาศของดาวฤกษไดโดยไมยงพวยแกสออกไปในอวกาศ

เนบวลาสะทอนแสง NGC 1999 ทสวางเจดจาดวยดาว V380 Orionis (ตรงกลางภาพ) ดาวแปรแสงทมขนาดราว 3.5 เทาของมวลดวงอาทตย ภาพจากนาซา

ดาวฤกษกลมแรก ๆ ทกอตวขนหลงจากเกดบกแบงอาจจะมมวลมากกวานน เชน 300 เทาของมวลดวงอาทตย หรอสงกวา[96] ทงนเนองจากมนไมมองคประกอบของธาตทหนกกวาลเธยมเลย อยางไรกด ดาวฤกษมวลมากยงยวดเหลาน (หรอดาวฤกษชนด population III) ไดสญสลายไปจนหมดแลว มแตเพยงทฤษฎทกลาวถงเทานน

ดาว AB Doradus C ซงเปนดาวคของ AB Doradus A มมวลประมาณ 93 เทาของมวลดาวพฤหสบด จดวาเปนดาวฤกษทเลกทสดเทาทรจกซงยงคงมปฏกรยานวเคลยรฟวชนดำาเนนอยภายในแกนกลาง[97] ดวยลกษณะของดาวทมคาความเปนโลหะคลายคลงกบดวงอาทตย ตาม

ทฤษฎแลว มวลนอยทสดของดาวฤกษทยงสามารถดำารงสภาวะนวเคลยรฟวชนในแกนกลางได คอประมาณ 75 เทาของมวลดาวพฤหสบด[98][99] ทวามนจะมคาความเปนโลหะตำามาก ผลการศกษาดาวฤกษทจางแสงทสดเมอไมนานมาน พบวาขนาดทเลกทสดทเปนไปไดของดาวฤกษอยทประมาณ 8.3% ของมวลดวงอาทตย หรอประมาณ 87 เทาของมวลดาวพฤหสบด[99][100] วตถทเลกกวานจะเรยกวา ดาวแคระนำาตาล ซงเปนดาวทมลกษณะเทาอนขนมว อยกงกลางระหวางดาวฤกษกบดาวแกสยกษ

ความสมพนธระหวางรศมของดาวกบมวลของดาว บอกไดจากแรงโนมถวงพนผว ดาวฤกษขนาดยกษจะมแรงโนมถวงพนผวนอยกวาดาวฤกษในแถบลำาดบหลก และในทางกลบกนดาวทมแรงโนมถวงมากคอดาวทกำาลงเสอมสลายและมขนาดเลกเชนดาวแคระขาว แรงโนมถวงพนผวมอทธพลตอลกษณะปรากฏของสเปกตรมของดาวฤกษ โดยทดาวซงมแรงโนมถวงสงกวาจะมเสนการดดซบพลงงานทกวางกวา[32]

การหมนรอบตวเอง

ดบทความหลกท การหมนรอบตวเองของดาวฤกษ

เราสามารถประมาณอตราการหมนรอบตวเองของดาวฤกษไดโดยอาศยวธการวดสเปกโตรสโกป หรอจะวดใหแมนยำายงขนไดโดยการตดตามอตราการหมนของจดบนดาวฤกษ ดาวฤกษทมอายนอยจะมอตราการหมนรอบตวเองทเรวกวาประมาณ 100 กม/วนาททแนวศนยสตร ดาวฤกษชนด B เชนดาว Achernar มความเรวการหมนรอบตวเองทเสนศนยสตรประมาณ 225 กม/วนาทหรอมากกวานน ซงทำาใหมนมเสนผานศนยกลางบรเวณศนยสตรใหญกวาระยะหางระหวางขวถงกวา 50% อตราการหมนรอบตวเองนตำากวาคาความเรววกฤตท 300 กม/วนาทเพยงเลกนอย ซงเปนอตราเรวทจะทำาใหดาวฤกษแตกสลายลง[101] สำาหรบดวงอาทตยของเรามอตราหมนรอบตวเองรอบละ 25-35 วน หรอความเรวทแนวศนยสตรประมาณ 1.994 กม/วนาท สนามแมเหลกของดาวฤกษกบลมดาวฤกษตางมผลทชวยใหอตราการหมนรอบตวเองของดาวฤกษในแถบลำาดบหลกชาลงอยางมนยสำาคญ[102]

ดาวฤกษทกำาลงเสอมสลายจะหดตวลงเปนมวลขนาดเลกหนาแนนมาก ซงเปนผลใหการหมนรอบตวเองของมนดำาเนนไปในอตราสง แตเมอเปรยบกบอตราทควรจะเปนเมอคดจากการรกษาโมเมนตมเชงมมเอาไวกยงถอวาคอนขางตำา โมเมนตมเชงมมของดาวฤกษสญหายไปเปนจำานวนมากเนองจากการสญเสยมวลของดาวฤกษไปกบลมดาวฤกษ [103] ถงกระนน อตราการหมนรอบตวเองของพลซารกยงสงมาก ตวอยางเชนพลซารทอย ณ ใจกลางของเนบวลาป หมนรอบตวเองในอตรา 30 รอบตอวนาท[104] อตราการหมนรอบตวเองของพลซารจะคอยๆ ลดลงเนองมาจากการแผรงสของดาว

อณหภม

อณหภมพนผวของดาวฤกษในแถบลำาดบหลกสามารถทราบไดจากอตราการสรางพลงงานจากแกนกลางของดาวและรศมของดาวดวงนน โดยมากจะประมาณจากดชนสของดาวฤกษ[105] คาทไดจะเรยกวาอณหภมยงผล ซงเปนคาอณหภมของวตถดำาในอดมคตทแผพลงงานออกมาจนไดระดบความสวางตอพนทผวเทากนกบดาวฤกษนนๆ พงทราบวาคาอณหภมยงผลนเปนเพยงคาเทยบเทา อยางไรกดเนองจากอณหภมของดาวฤกษจะคอยๆ ลดลงตามระดบชนของเปลอกทอยหางจากแกนกลางออกมา[106] ดงนนอณหภมทแทจรงในยานแกนกลางของดาวจะสงมากถงหลายลานเคลวน[107]

อณหภมของดาวฤกษเปนตวบงบอกถงอตราการแผพลงงานหรอการแผประจของธาตทแตกตางกน ซงสงผลถงคณสมบตการดดกลนเสนสเปกตรมทแตกตางกนดวย เมอเราทราบคาอณหภมพนผวของดาวฤกษ คาโชตมาตรปรากฏ โชตมาตรสมบรณ และคณสมบตการดดกลนแสง เราจงสามารถจดประเภทของดาวฤกษได (ดในหวขอการจดประเภทดาวฤกษดานลาง) [32]

ดาวฤกษมวลมากในแถบลำาดบหลกอาจมอณหภมพนผวสงถง 50,000 เคลวน ดาวฤกษทมขนาดเลกลงมาเชนดวงอาทตย จะมอณหภมพนผวเพยงไมกพนเคลวน ดาวยกษแดงจะมอณหภมพนผวคอนขางตำา ประมาณ 3,600 เคลวนเทานน แตจะมความสองสวางมากกวาเนองจากมพนทผวชนนอกทใหญกวามาก[108]

การแผรงส

พลงงานทเกดขนเปนผลพลอยไดจากปฏกรยานวเคลยรฟวชนภายในดาวฤกษ จะแผตวออกไปในอวกาศในรปของรงสคลนแมเหลกไฟฟา และรงสอนภาคซงแผออกไปในรปของลมดาวฤกษ [109] (เปนสายธารกระแสอนภาคของประจไฟฟาทเคลอนทไปอยางคงท ประกอบดวยฟรโปรตอน อนภาคอลฟา และอนภาคเบตา ทระเหยออกมาจากชนผวเปลอกนอกของดาวฤกษ) รวมถงกระแสนวตรโนทเกดจากแกนกลางของดาวฤกษ

การกำาเนดพลงงานในแกนกลางของดาวเปนตนกำาเนดของแสงสวางมหาศาลของดาวนน ทกครงทนวเคลยสของธาตตงแต 2 ชนดหรอมากกวาหลอมละลายเขาดวยกน จะทำาใหเกดนวเคลยสอะตอมของธาตใหมทหนกกวาเดม ทำาใหปลดปลอยโฟตอน รงสแกมมา ออกมาจากปฏกรยานวเคลยรฟวชน เมอพลงงานทเกดขนนแผตวออกมาจนถงเปลอกนอกของดาว มนจะเปลยนรปไปเปนพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาในรปแบบตางๆ รวมถงแสงทตามองเหน

สของดาวฤกษซงระบไดจากความถสงสดของแสงทตามองเหน ขนอยกบอณหภมของชนผวรอบนอกของดาวฤกษและโฟโตสเฟยรของดาว[110] นอกจากแสงทตามองเหนแลว ดาวฤกษยงแผรงสคลนแมเหลกไฟฟารปแบบอนๆ ออกมาอกทตาของมนษยมองไมเหน วาทจรงแลวรงสคลนแมเหลกไฟฟาทแผออกมาจากดาวฤกษนนแผครอบคลมยานสเปกตรมคลนแมเหลกไฟฟาทงหมด ตงแตชวงคลนยาวทสดเชนคลนวทยหรออนฟราเรด ไปจนถงชวงคลนสนทสดเชนอลตราไวโอเลต รงสเอกซ และรงสแกมมา องคประกอบการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟาของดาวฤกษทงสวนทตามองเหนและมองไมเหนลวนมความสำาคญเหมอนๆ กน

จากสเปกตรมของดาวฤกษน นกดาราศาสตรจะสามารถบอกคาอณหภมพนผวของดาว แรงโนมถวงพนผว คาความเปนโลหะ และความเรวในการหมนรอบตวเองของดาว หากเราทราบระยะหางของดาวฤกษนนดวย เชนทราบจากการตรวจวดพารลแลกซ เรากจะสามารถคำานวณความสองสวางของดาวฤกษนนได จากนนจงใชแบบจำาลองของดาวฤกษในการประมาณการคามวล รศม แรงโนมถวงพนผว และอตราการหมนรอบตวเอง (ดาวฤกษในระบบดาวคจะสามารถตรวจวดมวลไดโดยตรง สำาหรบมวลของดาวฤกษเดยวจะประเมนไดจากเทคนคไมโครเลนสของแรงโนมถวง [111] ) จากตวแปรตางๆ เหลานจงทำาใหนกดาราศาสตรสามารถประเมนอายของดาวฤกษได[112]

ความสองสวาง

ในทางดาราศาสตร ความสองสวางคอปรมาณของแสงและพลงงานการแผรงสในรปแบบอนทดาวฤกษแผออกจากนบเปนจำานวนหนวยตอเวลา ความสองสวางของดาวฤกษสามารถบอกไดจากรศมและอณหภมพนผวของดาว อยางไรกด ดาวฤกษจำานวนหนงไมไดแผพลงงานเปนฟลกซ (คอปรมาณพลงงานทแผออกมาตอหนวยพนท) ทเปนเอกภาพตลอดทวพนผวทงหมด ตวอยางเชน ดาวเวกา ซงเปนดาวฤกษทหมนรอบตวเองเรวมาก จะมฟลกซทขวดาวสงกวาบรเวณเสนศนยสตรของดาว[113]

พนผวบางสวนของดาวทมอณหภมตำาและความสองสวางตำากวาคาเฉลยทงหมด จะเรยกวา จดมดดาวฤกษ (starspot) จดมดของดาวฤกษแคระหรอดาวฤกษทมขนาดเลกจะไมคอยเปนทสงเกตโดดเดน ขณะทจดมดของดาวยกษหรอดาวฤกษขนาดใหญจะยงสงเกตเหนไดงาย[114] และทำาใหเกดลกษณะการมดคลำาทขอบของดาวฤกษไดมาก นนคอ ความสวางของดาวทางดานขอบ (เมอมองเปนแผนจานกลม) จะลดลงลงไปเรอยๆ[115] ดาวแปรแสงทเปนดาวแคระแดง (หรอ flare star) บางดวง เชนดาว UV Ceti กอาจมจดมดดาวฤกษทโดดเดนเชนกน[116]

โชตมาตร

ดบทความหลกท โชตมาตรปรากฏ และ โชตมาตรสมบรณ

ความสวางของดาวฤกษทปรากฏวดไดจากคาโชตมาตรปรากฏ ซงเปนคาความสวางทขนกบคาความสองสวางของดาว ระยะหางจากโลก และการเปลยนแปรของแสงดาวระหวางทมนผานชนบรรยากาศโลกลงมา สวนความสวางทแทจรงหรอโชตมาตรสมบรณคอคาโชตมาตรปรากฏของดาวถาระยะหางระหวางโลกกบดาวเทากบ 10 พารเซก (32.6 ปแสง) เปนคาทขนกบความสองสวางของดาวเทานน

จำานวนของดาวฤกษทสวางกวาคาปรากฏ

โชตมาตรปรากฏ

จำานวนดาวฤกษ[117]

0 4

1 15

2 48

3 171

4 513

5 1,602

6 4,800

7 14,000

ทงคาโชตมาตรปรากฏและโชตมาตรสมบรณเปนตวเลขทแสดงในหนวยลอการทม คาทตางกน 1 อนดบแมกนจดหมายความถงความแตกตางกนจรงประมาณ 2.5 เทา[118] (รากท 5 ของ 100 มคาประมาณ 2.512) นนหมายความวา ดาวฤกษในอนดบแมกนจดแรก (+1.00) มความสวางมากกวาดาวฤกษในอนดบแมกนจดทสอง (+2.00) ประมาณ 2.5 เทา และสวางมากกวาดาวฤกษในอนดบแมกนจดท 6 (+6.00) ประมาณ 100 เทา ความสวางของดาวฤกษทมแสงรบหรทสดเทาทตามนษยสามารถมองเหนไดภายใตสภาวะทองฟาโปรงคอทแมกนจด +6

ทงโชตมาตรปรากฏและโชตมาตรสมบรณ ยงอานคาไดนอยหมายความวาดาวฤกษดวงนนสวางมาก ยงอานคาไดมากหมายความวาดาวฤกษดวงนนรบหรมาก โดยมากแลวดาวฤกษสวางจะมคาโชตมาตรเปนลบ ความแตกตางของความสวางระหวางดาวสองดวง (ΔL) คำานวณไดโดยนำาคาโชตมาตรของดาวทสวางกวา (mb) ลบออกจากคาโชตมาตรของดาวทหรจางกวา (mf) นำาคาทไดใชเปนคายกกำาลงของคาฐาน 2.512 เขยนเปนสมการไดดงน

Δm = mf − mb2.512Δm = ΔL

เมอเทยบคาโชตมาตรกบทงความสองสวางและระยะหางจากโลก ทำาใหคาโชตมาตรสมบรณ (M) กบคาโชตมาตรปรากฏ (m) ของดาวฤกษดวงเดยวกนมคาไมเทากน[118] ตวอยางเชน ดาวซรอส มคาโชตมาตรปรากฏเทากบ -1.44 แตมคาโชตมาตรสมบรณเทากบ +1.41

ดวงอาทตยมคาโชตมาตรปรากฏเทากบ -26.7 แตมคาโชตมาตรสมบรณเพยง +4.83 ดาวซรอสซงเปนดาวสวางทสดบนทองฟายามราตรเมอมองจากโลก มความสองสวางสงกวาดวงอาทตยถง 23 เทา ขณะทดาวคาโนปส ดาวฤกษสวางอนดบสองบนทองฟายามราตร มคาโชตมาตรสมบรณเทากบ -5.53 นนคอมความสองสวางสงกวาดวงอาทตยถง 14,000 เทา ทงๆ ทดาวคาโนปสมความสองสวางสงกวาดาวซรอสอยางมาก แตเมอมองจากโลก ดาวซรอสกลบสวางกวา ทงนเนองจากดาวซรอสอยหางจากโลกเพยง 8.6 ปแสง ขณะทดาวคาโนปสอยหางจากโลกออกไปถงกวา 310 ปแสง

นบถงป ค.ศ. 2006 ดาวฤกษทมคาโชตมาตรสมบรณมากทสดเทาทรจก คอ LBV 1806-20 ทคาแมกนจด -14.2 ดาวฤกษดวงนมความสองสวางสงกวาดวงอาทตยอยางนอย 5,000,000 เทา[119] ดาวฤกษทมความสองสวางตำาทสดเทาทรจกตงอยในกระจกดาว NGC 6397 ดาวแคระแดงอนหรจางในกระจกดาวนมคาแมกนจด 26 สวนอกดวงหนงเปนดาวแคระขาวมคาแมกนจด 28 ดาวเหลานจางแสงมากเทยบไดกบแสงจากเทยนวนเกดทจดไวบนดวงจนทรและมองจากบนโลก[120]

การจดประเภท

ชวงอณหภมพนผวของดาวฤกษในประเภทตางๆ[121]

ประเภท อณหภม ตวอยาง

O 33,000 K or more Zeta Ophiuchi

B 10,500-30,000 K ไรเจล

A 7,500-10,000 K อลแตร

F 6,000-7,200 K โปรซออน เอ

G 5,500-6,000 K ดวงอาทตย

K 4,000-5,250 K Epsilon Indi

M 2,600-3,850 K พรอกซมาคนครงมา

ดบทความหลกท การจดประเภทดาวฤกษ

ระบบการจดประเภทดาวฤกษอยางทใชกนอยในปจจบนนเรมตนมาแตชวงตนครสตศตวรรษท 20 โดยแบงดาวฤกษออกเปนประเภทตางๆ ตงแต A จนถง Q ตามความเขมของเสนสเปกตรมไฮโดรเจน[122] ในเวลานนยงไมทราบกนวา อทธพลสำาคญของความเขมของเสนสเปกตรมคอ อณหภม เสนสเปกตรมไฮโดรเจนจะเขมมากทสดทอณหภมประมาณ 9000 เคลวน และออนลงทงกรณทอณหภมสงหรอตำากวานน ครนเมอเปลยนวธการจดประเภทดาวฤกษมาเปนการองตามระดบอณหภม จงไดมลกษณะคลายคลงกบรปแบบการจดประเภทในสมยใหม[123]

มการใชรหสตวอกษรเดยวทแตกตางกนเพอแสดงถงประเภทของดาวฤกษแบบตางๆ ทแยกแยะตามสเปกตรม ตงแตประเภท O อนเปนดาวฤกษทรอนมาก ไปจนถง M อนเปนดาวฤกษทเยนจนโมเลกลอาจกอตวในชนบรรยากาศ ประเภทของดาวฤกษเรยงตามลำาดบอณหภมพนผวจากสงไปตำา ไดแก O, B, A, F, G, K และ M สำาหรบประเภทสเปกตรมบางอยางทพบไดคอนขางนอย จะจดเปนประเภทพเศษ ทพบมากทสดในจำานวนนคอประเภท L และ T ซงเปนดาวฤกษมวลนอยทเยนทสด กบดาวแคระนำาตาล ตวอกษรแตละตวจะมประเภทยอยอก 10 ประเภท แสดงดวยตวเลขตงแต 0 ถง 9 เรยงตามลำาดบอณหภมจากสงไปตำา อยางไรกด ระบบการจดประเภทแบบนจะใชไมไดเมออณหภมมคาสงมากๆ กลาวคอดาวฤกษประเภท O0 และ O1 จะไมมอยจรง[124]

นอกเหนอจากน ดาวฤกษยงอาจจดประเภทไดจากผลกระทบความสองสวางทพบในเสนสเปกตรมของมน ซงสอดคลองกนกบขนาดทวางในอวกาศอนระบไดจากแรงโนมถวงพนผว คาในประเภทนจะจดไดตงแต 0 (สำาหรบดาวแบบ hypergiant) ไปเปน III (สำาหรบดาวยกษ) จนถง V (สำาหรบดาวแคระในแถบลำาดบหลก) นกดาราศาสตรบางคนเพมประเภท VII (ดาวแคระขาว) เขาไปดวย ดาวฤกษสวนใหญจะอยบนแถบลำาดบหลกซงมกระบวนการเผาผลาญไฮโดรเจนแบบปกต หากพจารณาบนเสนกราฟระหวางโชตมาตรสมบรณกบเสนสเปกตรมของดาว ดาวฤกษเหลานจะอยบนแถบทแยงมมแคบๆ ในกราฟ[124] ดวงอาทตยของเรากอยบนแถบลำาดบหลก และจดเปนดาวแคระเหลอง ประเภท G2V คอเปนดาวฤกษขนาดปกตทมอณหภมปานกลาง

ยงมการตงรหสเพมเตมดวยตวอกษรภาษาองกฤษตวเลก ตามหลงคาของเสนสเปกตรม เพอระบถงคณสมบตเฉพาะบางประการของเสนสเปกตรมนน ตวอยางเชน ตว "e" หมายถงมการตรวจพบเสนสเปกตรมทแผประจ "m" หมายถงมระดบโลหะทเขมผดปกต และ "var" หมายถงเสนสเปกตรมมการเปลยนแปลง[124]

ดาวแคระขาวจะมการจดประเภทเฉพาะของมนเองโดยเรมตนดวยอกษร D และแบงประเภทยอยเปน DA, DB, DC, DO, DZ, และ DQ ขนกบชนดของความโดดเดนทพบในเสนสเปกตรม ตามดวยคาตวเลขทระบถงดชนอณหภมของดาว[125]

ดาวแปรแสง

ภาพปรากฏของดาวมราซงไมสมมาตร แสดงถงการเปลยนแปรแสงสวางของดาวแปรแสง ภาพถายจากกลองฮบเบลโดยองคการนาซา

ดบทความหลกท ดาวแปรแสง

ดาวแปรแสง คอดาวฤกษทมคาความสองสวางเปลยนแปลงไปแบบสมแบบเปนรอบเวลา เนองมาจากคณสมบตทงภายในและภายนอกของดาว สำาหรบดาวแปรแสงแบบคณสมบตภายในสามารถแบงเบองตนออกไดเปน 3 ประเภท

ในระหวางการววฒนาการของดาว ดาวฤกษบางดวงอาจผานชวงเวลาททำาใหเกดการเปลยนแปรเปนหวงๆ ดาวแปรแสงแบบเปนหวงเวลาจะเปลยนแปลงไปตามรศมและความสองสวาง ทงขยายขนและหดสนลงในชวงเวลาทแตกตางกนตงแตหนวยนาทไปจนถงเปนป ขนอยกบขนาดของดาวฤกษนนๆ ดาวแปรแสงประเภทนรวมไปถงดาวแปรแสงชนดเซเฟอดและดาวทคลายคลงกบดาวเซเฟอด รวมถงดาวแปรแสงคาบยาวเชน ดาวมรา [126]

ดาวแปรแสงแบบพวยพง (Eruptive variables) คอดาวฤกษทมความสองสวางเพมขนแบบทนททนใด อนเนองมาจากแสงวาบหรอการปลดปลอยมวลอยางฉบพลน[126] ดาวแปรแสงจำาพวกนรวมไปถงดาวฤกษกอนเกด ดาวฤกษประเภท Wolf-Rayet ดาวแปรแสงประเภท Flare และดาวยกษ รวมถงดาวยกษใหญ

ดาวแปรแสงแบบระเบด (Cataclysmic หรอ Explosive variables) คอดาวทมการเปลยนแปลงคณสมบตภายใน ดาวจำาพวกนรวมไปถงโนวาและซเปอรโนวา ระบบดาวคทมดาวแคระขาวอยใกลๆ กอาจทำาใหเกดการระเบดของดาวฤกษในลกษณะน รวมถงโนวา และซเปอรโนวาประเภท 1a [4] การระเบดเกดขนเมอดาวแคระขาวดงไฮโดรเจนจากดาวคของมนและพอกพนมวลมากขนจนกระทงไฮโดรเจนมมากเกนกวากระบวนการฟวชน[127] โนวาบางชนดยงเกดซำาแลวซำาอก ทำาใหเกดคาบการระเบดเปนชวงๆ[126]

นอกจากนดาวฤกษยงอาจเปลยนแปลงความสองสวางไดจากปจจยภายนอก เชน การเกดคราสในระบบดาวค หรอดาวฤกษทหมนรอบตวเองและเกดจดมดดาวฤกษทใหญมากๆ[126] การเกดคราสในระบบดาวคทโดดเดนไดแก ดาวอลกอล (Algol) ซงจะมคาโชตมาตรเปลยนแปรอยระหวาง 2.3 ถง 3.5 ทกๆ ชวงเวลา 2.87 วน

โครงสราง

โครงสรางภายในของดาวฤกษทเสถยรจะอยในสภาวะสมดลอทกสถต คอแรงกระทำาจากปรมาตรขนาดเลกแตละชดทกระทำาตอกนและกนจะมคาเทากนพอด สมดลของแรงประกอบดวยแรงดงเขาภายในทเกดจากแรงโนมถวง และแรงผลกออกภายนอกทเกดจากแรงดนภายในของดาวฤกษ ระดบแรงดนภายในนเกดขนจากระดบอณหภมของพลาสมาทคอยๆ ลดหลนกน โดยทดานนอกของดาวฤกษจะมอณหภมตำากวาดานใน อณหภมทใจกลางของดาวฤกษในแถบลำาดบหลกหรอของดาวยกษจะมคาอยางนอย 107 K ผลของอณหภมและแรงดนอนเกดจากการเผาผลาญไฮโดรเจนทแกนกลางดาวฤกษในแถบลำาดบหลกนมเพยงพอทจะทำาใหเกดปฏกรยานวเคลยรฟวชน และสรางพลงงานไดมากพอจะตานทานการยบตวของดาวฤกษได[128][129]

เมอนวเคลยสอะตอมถกหลอมเหลวทในใจกลางดาว มนจะแผพลงงานออกมาในรปของรงสแกมมา โฟตอนเหลานทำาปฏกรยากบพลาสมาทอยรอบๆ และเพมพนพลงงานความรอนใหกบแกนกลางมากยงขน ดาวฤกษในแถบลำาดบหลกทกำาลงแปลงไฮโดรเจนไปเปนฮเลยม จะคอยๆ เพมปรมาณฮเลยมในแกนกลางขนอยางชาๆ ในอตราเรวคอนขางคงท ครนเมอปรมาณฮเลยมมเพมขนเรอยๆ จนการสรางพลงงานทแกนกลางหยดชะงกไป ดาวฤกษทมมวลมากกวา 0.4 เทาของมวลดวงอาทตยจะมพนผวรอบนอกขยายตวใหญขนหอหมฮเลยมในแกนกลางเอาไว[130]

นอกเหนอจากสภาวะสมดลอทกสถตทอยภายในดาวฤกษทเสถยร ยงมสมดลพลงงานภายในหรอทเรยกวา สมดลความรอน กลาวคอการแพรกระจายอณหภมภายในตามแนวรศมภายในดาวทำาใหเกดกระแสพลงงานไหลจากภายในออกสภายนอก กระแสพลงงานทไหลผานชนผวของดาวฤกษออกมาในแตละชนจะมปรมาณเทากบกระแสพลงงานทไหลเขามาจากชนผวกอนหนา

ภาพตดขวางแสดงสวนประกอบของดาวฤกษ

ยานการแผรงส (radiation zone) คอบรเวณภายในดาวฤกษทซงมการถายเทรงสอยางมประสทธผลพอจะทำาใหเกดการไหลของกระแสพลงงานได ในยานนจะไมมการหมนเวยนของพลาสมา และมวลตางๆ ลวนหยดนง หากไมมสภาวะนเกดขน พลาสมาจะเกดการปนปวนและเกดกระบวนการพาความรอนขน ทำาใหเกดเปนยานเรยกวายานการพาความรอน (convection zone) ลกษณะเชนนอาจเกดขนไดในบรเวณทมกระแสพลงงานไหลเวยนสงมาก เชนบรเวณใกลแกนกลางของดาวหรอบรเวณทมการสองสวางสงมากเชนทบรเวณชนผวรอบนอก[129]

ลกษณะการพาความรอนทเกดขนบนชนผวรอบนอกของดาวฤกษบนแถบลำาดบหลกขนอยกบมวลของดาวฤกษนนๆ ดาวฤกษทมมวลมากกวาดวงอาทตยหลายๆ เทาจะมยานการพาความรอนลกลงไปภายในดาวมากและมยานการแผรงสทชนเปลอกนอก ขณะทดาวฤกษขนาดเลกเชนดวงอาทตยจะมลกษณะตรงกนขาม โดยมยานการพาความรอนอยทชนเปลอกนอกแทน[131] ดาวแคระแดงทมมวลนอยกวา 0.4 เทาของมวลดวงอาทตยจะมยานการพาความรอนแทบทงหมด ซงทำาใหมนไมสามารถสะสมฮเลยมทแกนกลางได[2] สำาหรบดาวฤกษสวนใหญจะมยานการพาความรอนทเปลยนแปลงไปเรอยๆ ตามอายของดาว และตามองคประกอบภายในของดาวทเปลยนแปลงไป[129]

สวนประกอบของดาวฤกษทผสงเกตสามารถมองเหนได เรยกวา โฟโตสเฟยร เปนชนเปลอกทซงพลาสมาของดาวฤกษกลายสภาพเปนโฟตอนของแสง จากจดน พลงงานทกำาเนดจากแกนกลางของดาวจะแพรออกไปสอวกาศอยางอสระ ในบรเวณโฟโตสเฟยรนเองทปรากฏจดดบบนดวงอาทตยหรอพนททอณหภมตำากวาอณหภมเฉลยตามปกต

เหนอกวาชนของโฟโตสเฟยรจะเปนชนบรรยากาศของดาวฤกษ สำาหรบดาวฤกษบนแถบลำาดบหลกเชนดวงอาทตย ชนบรรยากาศตำาทสดคอชนโครโมสเฟยรบางๆ ซงเปนจดเกดของสปคลและเปนจดกำาเนดแสงวาบดาวฤกษ ลอมรอบดวยชนเปลยนผานซงอณหภมจะเพมสงขนอยางรวดเรวในระยะทางเพยง 100 กโลเมตรโดยประมาณ พนจากชนนจงเปนโคโรนา ซงเปนพลาสมาความรอนสงมวลมหาศาลทพงผานออกไปภายนอกเปนระยะทางหลายลานกโลเมตร[132] ดเหมอนวา โคโรนาจะมสวนเกยวของกบการทดาวฤกษมยานการพาความรอนอยทชนเปลอกนอกของพน

ผว[131] โคโรนามอณหภมทสงมาก แตกลบใหกำาเนดแสงสวางเพยงเลกนอย เราจะสามารถมองเหนยานโคโรนาของดวงอาทตยไดในเวลาทเกดสรยคราสเทานน

พนจากโคโรนา เปนอนภาคพลาสมาทเปนตนกำาเนดลมสรยะแผกระจายออกไปจากดาวฤกษ กวางไกลออกไปจนกระทงมนปะทะกบมวลสารระหวางดาว สำาหรบดวงอาทตย อาณาบรเวณทลมสรยะมอทธพลกวางไกลออกไปเปนรปทรงคลายลกโปง เรยกชอยานภายใตอทธพลของลมสรยะนวา เฮลโอสเฟยร [133]

เสนทางเกดปฏกรยาของดาวฤกษ

ดบทความหลกท การสงเคราะหนวเคลยสของดาวฤกษ

ภาพทวไปของหวงโซ โปรตอน-โปรตอน

วงจรปฏกรยา คารบอน-ไนโตรเจน-ออกซเจน

มรปแบบปฏกรยานวเคลยรฟวชนทแตกตางกนมากมายเกดขนในใจกลางของดาวฤกษ ขนกบมวลและองคประกอบของดาวนนๆ โดยปฏกรยาเหลานเปนสวนหนงของการสงเคราะหนวเคลยสของดาวฤกษ มวลสดทายของนวเคลยสอะตอมทหลอมตวทนอยกวาคารวมขององคประกอบ

ทงหมด มวลทสญเสยไปนนกลายไปเปนพลงงานแมเหลกไฟฟา ตามสมการความสมมลระหวางมวล - พลงงาน คอ E = mc²[1]

กระบวนการฟวชนของไฮโดรเจนเกดขนตามระดบของอณหภม ดงนนการทอณหภมใจกลางดาวเพมขนจะสงผลตออตราการเกดฟวชนอยางมาก ผลทไดคอ อณหภมใจกลางดาวของดาวฤกษในแถบลำาดบหลกจะมคาแปรเปลยนอยระหวาง 4 ลานเคลวน สำาหรบดาวฤกษเลกประเภท M ไปจนถง 40 ลานเคลวน สำาหรบดาวฤกษมวลมากในประเภท O[107]

สำาหรบดวงอาทตยซงมอณหภมใจกลางประมาณ 10 ลานเคลวน ไฮโดรเจนจะหลอมละลายกลายเปนฮเลยมในหวงโซปฏกรยาโปรตอน - โปรตอน :[134]

41 H → 22 H + 2e + + 2νe (4.0 MeV + 1.0 MeV)21H + 22H → 23 He + 2γ (5.5 MeV)23He → 4 He + 21H (12.9 MeV)

ปฏกรยาเหลานสงผลตอปฏกรยาในภาพรวมดงน:

41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)

โดยท e+ คอ โพสตรอน, γ คอโฟตอนของรงสแกมมา, νe คอ นวตรโน, และ H กบ He คอไอโซโทปของไฮโดรเจนและฮเลยมตามลำาดบ พลงงานทปลดปลอยออกจากปฏกรยานมขนาดหลายลานอเลกตรอนโวลต ซงอนทจรงเปนเพยงสวนเสยวเลกนอยของพลงงานเทานน อยางไรกด มปฏกรยาเหลานเกดขนอยางตอเนองเปนจำานวนมหาศาล ทำาใหสามารถกำาเนดพลงงานขนเพยงพอทจะทำาใหเกดการแผรงสของดาวฤกษ

มวลนอยทสดของดาวฤกษทตองใชสำาหรบฟวชน

ธาตมวล

ดวงอาทตย

ไฮโดรเจน 0.01

ฮเลยม 0.4

คารบอน 5[135]

นออน 8

ในดาวฤกษทมมวลสงกวาน ฮเลยมจะทำาใหเกดวงจรปฏกรยาทเรงขนเนองจากคารบอน คอวงจรปฏกรยาคารบอน - ไนโตรเจน - ออกซเจน [134]

ดาวฤกษทววฒนาการไปดวยอณภมใจกลาง 100 ลานเคลวน และมวลระหวาง 0.5-10 เทาของมวงดวงอาทตยนน ฮเลยมสามารถเปลยนรปไปเปนคารบอนไดในกระบวนการทรปเปล - อลฟา (triple-alpha process) ซงใช เบรลเลยม เปนธาตทเปนตวกลาง:[134]

4He + 4He + 92 keV → 8* Be 4He + 8*Be + 67 keV → 12*C12*C → 12 C + γ + 7.4 MeV

สำาหรบปฏกรยาในภาพรวมคอ:

34He → 12C + γ + 7.2 MeV

ในดาวฤกษมวลมาก ธาตหนกจะถกเผาผลาญไปในแกนกลางทอดแนนโดยผานกระบวนการเผาผลาญนออน (neon burning process) และกระบวนการเผาผลาญออกซเจน (oxygen burning process) สภาวะสดทายในกระบวนการสงเคราะหนวเคลยสของดาวฤกษคอ กระบวนการเผาผลาญซลกอน (silicon burning process) ซงทำาใหไดผลลพธออกมาเปนไอโซโทปเสถยร เหลก-56 กระบวนการฟวชนไมอาจดำาเนนตอไปไดอก นอกเสยจากจะตองผานกระบวนการดดกลนความรอน (endothermic process) หลงจากนน พลงงานจะเกดขนไดจากการยบตวเนองจากแรงโนมถวงเทานน[134]

ตวอยางขางลางน แสดงระยะเวลาทดาวฤกษขนาด 20 เทาของมวลดวงอาทตยจำาเปนตองใชในการเผาผลาญพลงงานนวเคลยรภายในตวจนหมด ดาวฤกษในแถบลำาดบหลกประเภท O จะมรศม 8 เทาของรศมดวงอาทตย และมความสองสวาง 62,000 เทาของความสองสวางของดวงอาทตย[136]