กระบวนการอุบัติของดวงดาว

Written by SCIENCES

ชีวิตของดวงดาวก็เปรียบเสมือนคนคนหนึ่ง ดูเหมือนจะเป็นพี่น้องที่ตาม ๆ กันมา จากที่ไหนสักที่ แต่ทุกคนก็มีเส้นทางเดินเป็นของตัวเอง ดวงอาทิตย์ของเราก็อาจจะถือกำเนิดพร้อม ๆ กันกับดาวดวงอื่น กระจุกดาวอื่น กาแล็กซีอื่น แต่เมื่อกาลเวลาผ่านไปหลายล้านปี ดาวแต่ละดวงก็แยกย้ายกันโคจรไปตามทางของตัวเอง บางดวงที่มีมวลมาก เผาผลาญเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็วก็แตกดับสูญไปแล้ว บางดวงก็ยังคงอยู่ได้นานอีกหลายร้อยล้านปี ไม่แตกต่างอะไรกับชีวิตคนเราที่มีเกิดและมักจะมีดับลงเสมอ

ทุก ๆ วันนี้การเกิด แก่ เจ็บ ตาย เป็นเรื่องธรรมชาติของมนุษย์เรา ไม่รู้ว่ามันจะมาเร็วแค่ไหน หรือมาช้าแค่ไหน แต่สักวันมันก็ต้องมาถึงเราอยู่ดี และแน่นอนว่าดวงดาวที่เราเห็นอยู่บนฟากฟ้า ก็มีการเกิด และดับสูญไปเหมือนกัน

เนบิวลา บิดามารดาของเหล่าดวงดาวทั้งปวง

การถือกำเนิด ถ้าเป็นมนุษย์คงจะนึกถึงเรื่องการมีเพศสัมพันธ์ การที่สเปิร์มของผู้ชายเข้าไปปฏิสนธิในไข่ของผู้หญิง เกิดเป็นตัวอ่อนหรือเด็กทารกอยู่ในท้องผู้หญิงนาน 9 เดือนแล้วค่อยคลอดออกมาเป็นเด็กทารกตัวเล็ก ๆ พร้อมจะลืมตาดูโลก

แต่สำหรับดวงดาว การถือกำเนิดของมันไม่ได้มีพ่อและแม่ ไม่มีอสุจิกับไข่มาผสมรวมตัวกัน แต่มันเกิดจากกระบวนการการยุบตัวของเนบิวลา

M42/M43, NGC1976, Orion Nebula ที่มา – National Optical Astronomy Observation

ฝุ่นที่ฟุ้งกระจายไปเต็มอวกาศ เปล่งแสงสีสันออกมางดงามราวกับว่ามันกำลังจะเติมแต่งอวกาศที่มืดมิดให้สวยงามนั้น ยังสามารถให้กำเนิดดวงดาวต่าง ๆ อีกมากมาย ไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ดาวดวงน้อยดวงใหญ่ก็มาจากฝุ่นที่แสนสวยพวกนี้ทั้งสิ้น ซึ่งฝุ่นพวกนี้จะอยู่ด้วยกันโดย แรงดึงดูดระหว่างมวลซึ่งกันและกัน ตามกฎแห่งแรงโน้มถ่วงของเอกภพของนายนิวตัน

เมื่อกลุ่มฝุ่นพวกนี้รวมตัวกันแล้ว ก็จะกลายเป็นเนบิวลา หรือแม่ใหญ่ของดาวหลาย ๆ ดวง ฝุ่นพวกนี้ไม่ได้รวมตัวก็หนาแน่น พวกมันจะจับตัวกันอย่างหลวม ๆ ถ้าเทียบกับสิ่งอื่น เนบิวลาจัดเป็นพวกที่มีความหนาแน่นน้อยมาก ๆ เลยทีเดียว องค์ประกอบส่วนใหญ่ของเนบิวลาก็จะเป็นพวก ไฮโดรเจน แก๊สที่เกิดขึ้นมาในสมัยแรกเริ่ม ซึ่งก็นับว่าเป็นธาตุตั้งต้นของทุก ๆ สรรพสิ่งนั้นเอง

แต่พอนาน ๆ เข้า เวลาผ่านไปหลายพันล้านปี ในส่วนของเนบิวลาที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น จนอะตอมของธาตุบริเวณนั้นยึดติดกันจนเป็นโมเลกุล เกิดแรงโน้มถ่วงดึงดูดก๊าซบริเวณนั้นอีก ทำให้มีมวลที่เพิ่มมากขึ้น และนั่นจะทำให้อุณหภูมิตรงใจกลางเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของแต่ละโมเลกุลที่ตกเข้ามายังศูนย์กลางของกลุ่มก๊าซนั้นได้เปลี่ยนรูปเป็นพลังงานความร้อนซึ่งมันจะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา

ภาพถ่ายเนบิวลาแมงมุมทารันทูลา ด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล ในช่วงความยาวคลื่นอินฟาเรด ที่มา – NASA

จากภาพด้านบน เป็นภาพของเนบิวลาแมงมุมทารันทูลา ชื่อมันอาจจะน่ากลัวนิดหน่อย แต่เชื่อไหมในเนบิวลาที่เปล่งแสงอยู่ในกาแล็กซีเมฆแมกเจลแลนใหญ่ ห่างจากโลกเราไปเป็นระยะทางมากกว่า 170,000 ปีแสง มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 600 ปีแสง และมีค่าความสว่างประมาณ 8.2 นี้ กำลังผลิตประชากรดาวฤกษ์อายุน้อย ๆ ขนาดใหญ่มากกว่า 800,000 ดวง รวมถึงดาวยักษ์แดงจำนวนมากที่แอบซ่อนตัวอยู่ภายในเนบิวลาแมงมุมทารันทูลานี้อีก

และนี้ทำให้นักดาราศาสตร์ได้เห็นถึงวิวัฒนาการในช่วงชีวิตช่วงหนึ่งของดาวฤกษ์น้อยใหญ่ของแต่ละดวง ซึ่งการสังเกตนี้อาจจะเป็นกุญแจเบอร์ใหญ่ที่จะนำไปสู่การค้นพบอะไรใหม่ ๆ หรือเข้าใจถึงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ได้ดีขึ้น

พอเนบิวลาถึงจุดหนึ่งที่มีมวลมากมายมหาศาล มีความหนาแน่นมาก ๆ จนมันแผ่ความร้อนออกมาไม่ได้ ทำให้อุณหภูมิภายในเนบิวลานั้นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (จากที่ต่ำมาก ๆ อยู่แล้ว) เมื่อมวลของก๊าซรวมตัวกันมากขึ้น ๆ ทำให้มีแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะสามารถเอาชนะแรงดันซึ่งเกิดจากการขยายตัวของก๊าซร้อน ๆ ได้ เนบิวลาจะเริ่มยุบตัวลงอย่างต่อเนื่อง และเริ่มหมุนรอบตัวตามกฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม แล้วกลายเป็นจานรวมมวลในที่สุด ใจกลางของจานรวมมวลนั้นจะเป็น “โปรโตสตาร์

รูปถ่ายโปรโตสตาร์ V1647 Orionis ที่มา – NASA

เมื่อโปรโตสตาร์มีอุณหภูมิสูงขึ้นจนถึงระดับล้านเคลวิน มันจะปล่อยอนุภาคพลังงานสูงออกมา คล้าย ๆ กับลมสุริยะ พอนานเข้าอนุภาคก็มีพลังงานที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ รุนแรงมากขึ้นจนทำให้มันปลดปล่อยพลังงานออกมาในลักษณะเป็นแท่งยาว ๆ เป็นลำพุ่งจากขั้วของโปรโตสตาร์ตามแกนหมุนรอบตัวเองของมัน เราจะเรียกมันว่า Protostellar Wind

ท้องแก่ใกล้คลอด

โปรโตสตาร์ยังคงจะยุบตัวต่อไป จนกระทั่งอุณหภูมิภายในของมันมีค่าสูงพอที่จะจุดตัวเองให้เกิด ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งไฮโดรเจนจะหลอมรวมกลายเป็นฮีเลียม ในก๊าซร้อน ๆ ที่แกนกลางจะมีความดันสูงพอที่จะต้านทานแรงโน้มถ่วงของดาวให้ทรงรูปร่างกลมไว้ได้ (ถ้าเกิดมันทนไม่ไหวคือแท้งลูก) ตอนนี้ดาวฤกษ์ดวงน้อย ๆ ก็ถือว่ามันได้กำเนิดขึ้นมาแล้ว

แต่ตลอดช่วงชีวิตของมันยังต้องมีกลไกอัตโนมัติเพื่อควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในแกนของดาวไว้ หากอัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันมันสูงเกินไป ก๊าซร้อนที่แกนกลางก็จะดันให้ขยายตัวของดาวออก ทำให้อุณหภูมิลดลง และจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิวชันลดลงไปด้วย นี้ก็ทำให้ดาวฤกษ์จะยุบตัว พองตัวเล็กน้อยตลอดเวลา ตามกลไกลของธรรมชาติ

แบบจำลองการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ที่มา – Gif!MAGE

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมันอาจจะทำให้เกิดธาตุหนัก ๆ อย่างอื่นได้ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน หรือออกซิเจนได้ ขึ้นอยู่กับว่ามวลของโปรโตสตาร์เริ่มแรกมีมากขนาดไหน ถ้ามีมากพอก็จะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันที่รุนแรงกว่าเดิมมาก ๆ ได้

อย่างไรก็ตาม ไม่มีทางที่ทุกดวงจะประสบความสำเร็จในการจุดปฏิกิริยาฟิวชันจนตัวเองกลายเป็นดาวฤกษ์ กลุ่มก๊าซที่มีมวลไม่มากพอที่จะสร้างแรงดันให้มีอุณหภูมิสูงพอที่จะจุดฟิวชัน โปรโตสตาร์จะยุบตัวลงกลายเป็น ดาวแคระห์น้ำตาล (Brown Dwarf) ซึ่งมีลักษณะคล้ายดาวพฤหัสบดี และถ้าเป็นกลุ่มก๊าซที่มีมวลมาก ๆ อุณหภูมิที่เกิดขึ้นจากแรงกดดันจะมีอุณหภูมิสูงมากจนเกินไป ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันสูงเกินกว่าจะรักษาสมดุลไว้ได้ ดาวจะระเบิดในทันที

แล้วซากที่เหลือไปไหน

ภายหลังจากการเกิดดาวฤกษ์ขึ้นมาแล้ว ก็ยังคงเหลือฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ที่ถือกำเนิดขึ้นมาใหม่ได้อยู่ พวกมันมีความหนาแน่นและกำลังโคจรไปรอบ ๆ ดาวฤกษ์ที่กำเนิดขึ้นมาใหม่ ฝุ่นพวกนี้บางทีพวกมันก็จะรวมตัวกันจนกลายเป็นดาวเคราะห์ขึ้นมาได้ หรืออาจจะถูกลมดารา (Stellar Winds) ซึ่งเป็นกระแสอนุภาคพลังงานสูงลักษณะคล้ายลมสุริยะพัดพาซากเนบิวลาออกไปจนเห็นเป็นกระจุกดาวเปิด

กระจุกดาวลูกไก่ ที่มา – Russell Croman Astrophotography

จะศึกษาการเกิดของดาวไปทำไม

การที่เราจะศึกษาอะไรบางอย่างนั้นมันต้องมีเหตุและผลอยู่ในตัวของมันเสมอ ทุก ๆ วันนี้ เราปฏิเสธไม่ได้ว่าระบบสุริยะของเราขยายตัวออกไปเรื่อย ๆ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ที่อยู่ใจกลางระบบสุริยะ บ้านของเรากำลังอ่อนแอลงไปทุก ๆ วัน แรงดึงดูดของเราก็เริ่มอ่อนลงเรื่อย ๆ ดวงอาทิตย์เผาผลาญพลังงานภายในไปทุก ๆ วัน ในการเผาผลาญพลังงานของมันทำให้ตอนนี้มันเริ่มที่จะแก่ตัวลงเรื่อย ๆ สักวันในอนาคตมันก็จะต้องจบชีวิตลง

ด้วยความที่เราไม่รู้ว่ามันจะเกิดอะไรขึ้นกับโลกเรา กับสิ่งมีชีวิตเรานับต่อจากนี้ไปอีกหลายร้อย หลายพันล้านปี เราจำเป็นที่จะต้องศึกษาวิวัฒนาการของดวงดาวไว้ เพื่อที่จะเทียบเคียงกับระบบสุริยะของเรา เพื่อที่จะรู้ว่าในอนาคตข้างหน้าที่ไกลออกไปเราจะเป็นยังไง เรายังจะสามารถมีชีวิตอยู่ได้ไหม หรือแม้กระทั่งแนวโน้มของดวงอาทิตย์ว่ามันจะเป็นยังไงต่อไปในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า

การที่ดาวแต่ละดวงได้ถือกำเนิดขึ้นมานั้น ถือว่าเป็นของขวัญของห้วงอวกาศอันมืดมิดให้แก่มนุษย์โลกอย่างเราได้มองเห็น และได้ศึกษาถึงที่มาของพวกมัน กระตุ้นความอยากรู้ของมนุษย์โลกที่แสนโลภมาก ให้พยายามใฝ่หาค้นคว้าดวงดาราต่อไป และมันยังคงเป็นสิ่งสวยงามประดับท้องฟ้าในยามค่ำคืนให้มีสีสันให้เราไม่เหงาอีกต่อไป

สุดท้ายนี้ขอสุขสันต์วันเกิดให้กับดาวฤกษ์ทุก ๆ ดวงที่บังเอิญเกิดขึ้นมาในวันนี้ และขอบคุณดาวดวงอื่น ๆ ที่ยังอยู่เคียงข้างกับโลกของเรา อยู่คู่กับเอกภพนี้ และยังอยู่เป็นสีสันและแสงสว่างให้กับพวกเราชาวมนุษย์โลกเสมอมา

 

อ้างอิง

Newton’s Law of Universal Gravitation – Lumen Boundless Physics

The Laws of Motion and Gravity

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน – LESA

Last modified: June 13, 2018

Pichsinee P., I love you forever.