สล็อตแตกง่าย นักวิทยาศาสตร์คำนวณอายุของดาวได้อย่างไร?

สล็อตแตกง่าย ไม่ง่ายอย่างที่คิดเรารู้เรื่องดารามากพอสมควร หลังจากใช้กล้องโทรทรรศน์แบบชี้ขึ้นสู่ท้องฟ้ายามค่ำคืนเป็นเวลาหลายศตวรรษ นักดาราศาสตร์และนักดาราศาสตร์สมัครเล่นก็สามารถค้นหาคุณลักษณะสำคัญของดาวฤกษ์ใดๆ ได้ เช่น มวลหรือองค์ประกอบของดาว

ในการคำนวณมวลของดาวฤกษ์ 

ให้ดูที่คาบการโคจรของดาวแล้วคำนวณพีชคณิตสักหน่อย ในการพิจารณาว่าดาวทำมาจากอะไร ให้ดูสเปกตรัมของแสงที่ดาวเปล่งออกมา แต่นักวิทยาศาสตร์ตัวแปรตัวเดียวยังไม่แตกร้าวก็คือเวลา

“ดวงอาทิตย์เป็นดาวดวงเดียวที่เรารู้จักอายุ” นักดาราศาสตร์ David Soderblom จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในบัลติมอร์กล่าว “ทุกอย่างอื่นถูกบูทจากที่นั่น”

แม้แต่ดาวที่ศึกษามาอย่างดีก็ยังทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจอยู่ทุกขณะ ในปี 2019 เมื่อ Betelgeuse ดาวซุปเปอร์ไจแอนต์สีแดงหรี่ลง นักดาราศาสตร์ไม่แน่ใจว่ามันเพิ่งจะผ่านช่วงหนึ่งหรือว่าจะเกิดการระเบิดของซุปเปอร์โนวาใกล้เข้ามา ( ปรากฎว่ามันเป็นเพียงระยะหนึ่งเท่านั้น) ดวงอาทิตย์ยังทำให้สิ่งต่างๆ สั่นไหวเมื่อนักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าดาวดวงนี้ไม่ได้ประพฤติตัวเหมือนดาววัยกลางคนอื่นๆ มันไม่มีสนามแม่เหล็กเมื่อเปรียบเทียบกับดาวดวงอื่นที่อายุเท่ากันและมวลเท่ากัน นั่นแสดงให้เห็นว่านักดาราศาสตร์อาจไม่เข้าใจเส้นเวลาของวัยกลางคนอย่างเต็มที่

การคำนวณตามฟิสิกส์และการวัดอายุของดาวโดยอ้อม สามารถให้ค่าประมาณ ที่สนามเบสบอลสำหรับนักดาราศาสตร์ และบางวิธีก็ใช้ได้ผลดีกว่าสำหรับดาวประเภทต่างๆ นักดาราศาสตร์คำนวณอายุของดาวได้สามวิธีดังนี้

ไดอะแกรม Hertzsprung-Russell นักวิทยาศาสตร์เข้าใจเป็นอย่างดีว่าดาวเกิดได้อย่างไร มีชีวิตอย่างไร และตายอย่างไร ตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์เผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน พองตัวและขับก๊าซออกสู่อวกาศในที่สุด ไม่ว่าจะส่งเสียงดังหรือส่งเสียงครวญคราง แต่เมื่อแต่ละขั้นตอนของวงจรชีวิตของดาวฤกษ์เกิดขึ้นจริง สิ่งต่างๆ ก็ซับซ้อนขึ้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับมวลของพวกมัน ดาวฤกษ์บางดวงพุ่งชนจุดเหล่านั้นหลังจากผ่านไปหลายปีที่แตกต่างกัน ดาวที่มีมวลมากกว่าจะตายในขณะที่ดาวที่มีมวลน้อยกว่าสามารถเผาไหม้ได้เป็นเวลาหลายพันล้านปี

ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 20 นักดาราศาสตร์สองคนคือ Ejnar Hertzsprung และ Henry Norris Russell ได้คิดค้นแนวคิดในการวางแผนอุณหภูมิของดาวเทียบกับความสว่างของดาวอย่างอิสระ รูปแบบของแผนภาพ Hertzsprung-Russell หรือ HR เหล่านี้สอดคล้องกับตำแหน่งของดาวต่างๆ ในวงจรชีวิตนั้น ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้รูปแบบเหล่านี้ในการกำหนดอายุของกระจุกดาว ซึ่งคาดว่าดาวฤกษ์จะก่อตัวขึ้นพร้อมกันทั้งหมด

ข้อแม้คือ เว้นแต่คุณจะทำคณิตศาสตร์และการสร้างแบบจำลองมาก วิธีนี้สามารถใช้ได้เฉพาะกับดาวในกระจุก หรือโดยการเปรียบเทียบสีและความสว่างของดาวดวงเดียวกับไดอะแกรม HR ทางทฤษฎี นักดาราศาสตร์ Travis Metcalfe จากสถาบัน Space Science Institute ในโบลเดอร์ โคโล กล่าวว่า “มันไม่แม่นยำนัก” “อย่างไรก็ตาม มันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่เรามี”

อัตราการหมุน

ในช่วงทศวรรษ 1970 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้สังเกตเห็นแนวโน้ม: ดาวในกลุ่มอายุน้อยกว่าจะหมุนเร็วกว่าดาวในกลุ่มที่มีอายุมากกว่า ในปี 1972 นักดาราศาสตร์ Andrew Skumanich ใช้อัตราการหมุนของดาวฤกษ์และกิจกรรมพื้นผิวเพื่อเสนอสมการง่ายๆ ในการประมาณอายุของดาว : อัตราการหมุน = (อายุ) -½

นี่เป็นวิธีปฏิบัติสำหรับดาวฤกษ์แต่ละดวงมานานหลายทศวรรษ แต่ข้อมูลใหม่ได้เจาะช่องโหว่ในอรรถประโยชน์ของมัน ปรากฎว่าดาวบางดวงไม่ช้าลงเมื่อถึงอายุที่กำหนด แต่จะรักษาความเร็วในการหมุนเท่าเดิมไปตลอดชีวิต “การหมุนเป็นสิ่งที่ดีที่สุดสำหรับดาวฤกษ์ที่อายุน้อยกว่าดวงอาทิตย์” เมตคาล์ฟกล่าว สำหรับดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่าดวงอาทิตย์ วิธีอื่นดีกว่า

แผ่นดินไหวดาวฤกษ์ ข้อมูลใหม่ที่ยืนยันอัตราการหมุนไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุดในการประมาณอายุของดาวแต่ละดวงมาจากแหล่งที่ไม่น่าจะเป็นไปได้ นั่นคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ที่ออกล่าดาวเคราะห์นอกระบบ ไม่ใช่แค่เป็นประโยชน์สำหรับการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบเท่านั้น เคปเลอร์ได้ผลักดันวิทยาแผ่นดินไหวของดาวให้อยู่ในระดับแนวหน้าโดยเพียงแค่จ้องไปที่ดาวดวงเดียวกันเป็นเวลานานมาก

การดูการสั่นไหวของดวงดาวสามารถให้เบาะแสอายุของมันได้ นักวิทยาศาสตร์มองว่าความเปลี่ยนแปลงของความสว่างของดาวฤกษ์เป็นตัวบ่งชี้ถึงสิ่งที่เกิดขึ้นใต้พื้นผิว และคำนวณอายุของดาวอย่างคร่าวๆ ผ่านการสร้างแบบจำลอง ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องมีชุดข้อมูลขนาดใหญ่เกี่ยวกับความสว่างของดาว ซึ่งกล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์สามารถให้ได้

“ทุกคนคิดว่ามันเป็นการค้นหาดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นเรื่องจริง” โซเดอร์บลอมกล่าว “แต่ฉันชอบที่จะบอกว่าภารกิจของเคปเลอร์เป็นภารกิจฟิสิกส์ตัวเอกที่ล่องหน”

วิธีการนี้ช่วยเปิดเผยวิกฤตวัยกลางคนของดวงอาทิตย์และได้ให้เบาะแสบางอย่างเกี่ยวกับวิวัฒนาการของทางช้างเผือก ประมาณ 10 พันล้านปีก่อน ดาราจักรของเราชนกับดาราจักรแคระ นักวิทยาศาสตร์พบว่าดาวฤกษ์ที่ถูกทิ้งไว้เบื้องหลังโดยดาราจักรแคระนั้นมีอายุน้อยกว่าหรืออายุใกล้เคียงกับดาวฤกษ์ที่เกิดทางช้างเผือก ดังนั้นทางช้างเผือกอาจพัฒนาเร็วกว่าที่เคยคิดไว้ สล็อตแตกง่าย