วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์

วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ (asteroseismology) คือการศึกษาการแกว่งกวัด ของดาวฤกษ์ โหมดการสั่นแบบต่าง ๆ ที่พบในดาวได้รับอิทธิพลจากส่วนต่าง ๆ ของดาวอย่างละเอียดอ่อน ดังนั้นจึงให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาว ซึ่งไม่สามารถทราบได้จากกำลังส่องสว่าง และ อุณหภูมิพื้นผิวของดาวที่สามารถสังเกตการณ์โดยตรงได้ วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นการศึกษาการแกว่งในดวงอาทิตย์ แม้ว่าทั้งสองจะมีพื้นฐานทางฟิสิกส์เดียวกัน แต่พื้นผิวของดวงอาทิตย์สามารถสังเกตได้ด้วยความละเอียดที่สูงกว่ามาก ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับข้อมูลที่ต่างกันทั้งในเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ

การไหวสะเทือน 
การสั่นไหวของดาวฤกษ์เกิดจากการเปลี่ยน พลังงานความร้อนมาเป็นพลังงานจลน์ กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับหลักการของเครื่องจักรความร้อน ซึ่งความร้อนจะถูกดูดกลืนเมื่ออุณหภูมิสูงและปล่อยออกมาเมื่ออุณหภูมิต่ำ กลไกหลักของดาวฤกษ์คือการเปลี่ยนพลังงานจากการแผ่รังสีเป็นพลังงานการขยับเต้นเป็นจังหวะที่พื้นผิว การสั่นที่เกิดขึ้นไม่ได้มีขนาดใหญ่มาก ซึ่งจะช่วยรักษาความเป็นอิสระของดาวฤกษ์และความสมมาตรทรงกลมของดาวฤกษ์ ในระบบดาวคู่ แรงน้ำขึ้นลงของดาวฤกษ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการแกว่งของดาวฤกษ์ การประยุกต์ใช้วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์อย่างหนึ่งคือในดาวนิวตรอน เราไม่สามารถสังเกตโครงสร้างภายในได้โดยตรง แต่ได้รับการอนุมานจากการศึกษาการไหวสะเทือนของนิวตรอน

ประเภทของคลื่น 
คลื่นภายในดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์แบ่งออกได้เป็น 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 
วิทยาคลื่นไหวสะเทือนดวงอาทิตย์ เป็นสาขาย่อยของวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ดวงอาทิตย์โดยเฉพาะ การสั่นไหวของดวงอาทิตย์ถูกกระตุ้นด้วยการพาความร้อนในชั้นนอก และ การสั่นแบบคล้ายดวงอาทิตย์ภายในดาวฤกษ์ดวงอื่นก็ถือเป็นสาขาใหม่ของวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์

ภารกิจอวกาศ 
ยานอวกาศบางลำได้ถูกมอบหมายให้การตรวจสอบทางวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์เป็นเป้าหมายหลักของภารกิจ

 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
 ยานเคปเลอร์ - ถูกส่งไปในปี 2009 จุดประสงค์หลักคือการสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ก็ยังใช้สำหรับวิทยาคลื่นไหวสะเทือนดาวฤกษ์ด้วย

ดาวยักษ์แดง 
ดาวยักษ์แดง 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 

ปรากฏการณ์ของดาวฤกษ์
ฟิสิกส์ดาราศาสตร์