ชีวิตความลับของดวงดาว ตอน : Stars Birth [หน้า 1/3]

ชีวิตความลับของดวงดาว ตอน : Stars Birth [หน้า 1/3]

ความสำคัญของดาว คงมิใช่เพียงความสวยงาม ยามมองบนท้องฟ้าตอนค่ำคืน นัยที่สำคัญกว่าคือ ขบวนการเกิดขึ้นของดาว ก่อตัวขึ้นมาด้วยความยากลำบาก มีอุปสรรค และระหว่างการดำเนินชีวิตของดาวแต่ละดวง มีระบบและเหตุผลใน ทางธรรมชาติ ตั้งแต่การกำเนิดในวัยทารก จวบจนหมดอายุขัย แต่ละฉากของเหตุการณ์ ดำรงความเป็นอยู่ ไม่มีใครคอยช่วยเหลือ ทุกอย่าง ต้องพึงตนเอง และต้องเผื่อแผ่ไปยังสรรพสิ่งต่างๆ ที่อยู่ในระบบของตน เช่น ดวงอาทิตย์ ที่ต้องทำงานไม่มีวันหยุด หล่อเลี้ยงพลังงาน ไปทั่วทุกสิ่งในระบบ สุริยะ เป็นต้น ดาวในจักรวาล มีจำนวนเท่าใดกันแน่ ดาวบนท้องฟ้ามีจำนวนมาก ไม่สามารถนับได้ครบด้วยขนาดที่ยิ่งใหญ่ ของ จักรวาล (Scale of the Universe) มีดาวไม่น้อยกว่า จำนวน 30 พันล้าน - พัน - พันล้านดวง จากข้อมูลปัจจุบันนี้ อย่างไรก็ตาม มนุษย์สามารถมองเห็นดาวด้วยตาเปล่า บนท้องฟ้าทุกซีกโลก ราว 6,000-7,000 ดวง หากใช้กล้องดูดาวขนาดใหญ่ จากหอดูดาวสามารถ มองเห็นดาวมากกว่า 30 ล้านดวง ดาวเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในจักรวาล ดาวมีที่มาอย่างไร ทำไมจึงเกิดขึ้นได้ ด้วยเหตุใดจึงมีขนาด ใหญ่โตมาก แล้ว จุดจบสุดท้ายอย่างไร ทั้งหมดนั้น มักเพียงทราบเพียงว่า ชีวิตของดาวใช้เวลา นานมากเกินกว่าหลายสิบล้านเท่า ของเวลาชีวิตมนุษย์ กาแล็คซี่ ทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) สำรวจพบว่า มีกำเนิดดาวใหม่ขึ้น ปีละหลายสิบดวง หรืออาจมากกว่านั้น เพราะยังสำรวจไม่พบ จากบริเวณที่หลบ ซ่อนอยู่ หากเปรียบพื้นที่ในจักรวาลทั้งหมด คงมีจำนวนดาวเกิดใหม่นับไม่ถ้วน ดังนั้น ดาวคือ องค์ประกอบหลัก ในจักรวาลอันไพศาล ด้วยการรวมกันขึ้นเป็น กาแล็คซี (Galaxy) ในกาแล็คซี่ ประกอบด้วย กระจุกดาว (Star Clusters) ในกระจุกดาว ประกอบด้วย กลุ่มรังสีฝุ่นหมอก (Nebula) ทั้งหมดนั้นปะปนกัน รวมถึงวัตถุอื่นๆในจักรวาล อีกจำนวนนับไม่ถ้วน โดยมีแรงดึงดูดผูกมัดยึดโยง ใยไปทั่วทั้งจักรวาล อย่างอัศจรรย์

ดาวในจักรวาลมี ไม่น้อยกว่า จำนวน 30 พันล้าน - พัน - พันล้านดวง

พื้นที่ช่องว่างระหว่างดวงดาว อาณาเขต ให้กำเนิดดาว The Interstellar Medium ดาวมิได้สามารถ เกิดขึ้นได้ทุกๆที่ของจักรวาล แหล่งที่จะสามารถให้เกิดการก่อ ตัวขึ้นของของดาวได้นั้น ต้องมีองค์ประกอบ ของความพร้อมขั้นพื้นฐานเฉดเช่น แหล่งอาศัยของมนุษย์ ซึ่งต้องมีสภาพอากาศที่เหมาะสมต่อความเป็นอยู่ มีแม่น้ำ ลำธารเพื่อเป็นแหล่งอาหาร มีความปลอดภัยจากสัตว์ร้าย เป็นต้น ในอวกาศเสมือนเป็น ที่ว่างเปล่าและเป็นสูญากาศ อาจดูคล้ายเหมือนกันไปหมด ความจริงมิได้เป็นเช่นนั้นทั้งหมด สามารถพบสิ่งต่างๆ ได้มากมาย อย่างน้อยคือ ก๊าซและฝุ่นหมอกอวกาศ ปรากฏกระจัดกระจายอยู่ ในอวกาศโดยทั่วไประหว่าง ดาวต่างๆ ในกาแล็คซี่ พื้นที่ในอวกาศนี้ เรียกว่า พื้นที่ช่องว่างระหว่างดวงดาว (Interstellar Medium) พื้นที่ช่องว่างดังกล่าว บางแห่งอาจมี องค์ประกอบหนาแน่นด้วยก็าซ Hydrogen และก็าซ Helium ซึ่งมีความร้อนสูง ความกดดันสูง เป็นพัฒนาการของจักรวาล เกิดจากการวิวัฒน์อย่างสืบเนื่องของจักรวาล (A Process of cosmic evolution) ดั้งเดิมจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) ลักษณะภูมิประเทศ ของอวกาศดังกล่าว ในอดีตยุคเริ่มต้นของจักรวาลที่เอื้อ ให้เกิดการก่อตัวของดาว ส่วนใหญ่ประกอบด้วย ก็าซ Hydrogen และก็าซ Helium โดยยังไม่มีธาตุอื่นเหมือนปัจจุบันนี้ ดังนั้น ดาวดวงแรก (First star) ซึ่งกำเนิดขึ้นหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) ราว 400 ล้านปี และดาวในยุคต้นของจักรวาล จึงมีขนาดใหญ่มาก ด้วย การรวมตัวของก็าซอย่างรวดเร็ว แต่อายุสั้น เพราะขบวนการก่อตัวยังอยู่ในขั้น สามัญเพียงก็าซ 2 ชนิดดังกล่าว ดังนั้นจึงเผาไหม้เชื้อเพลิงตนเองอย่างรวดเร็ว และยุติอายุขัยเพียง 3 ล้านปี เป็นส่วนใหญ่ สำหรับดาวในยุคถัดมา เริ่มมีธาตุและสารประกอบอื่นๆ มากขึ้นตามลำดับ จาก การเผาไหม้ของดาวยุคต้น หลงเหลือสิ่งตกค้างเรื่อยมา เช่น คาร์บอน ทำให้เกิด กลุ่มก็าซและฝุ่นเมฆหมอก (Cloud of gas and dust) สะสมอย่างมากมายใน อวกาศ เมื่อเทียบอายุการปรากฎขึ้นของจักรวาล 13.7 พันล้านปี ถึงปัจจุบันนี้

Timeline of the Universe ( Big bang expansion) ช่วงเวลาแห่ง การขยายตัวของจักรวาล จากการระเบิดครั้งใหญ่

เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ สามารถตรวจสอบได้ว่า กลุ่มก็าซและฝุ่นเมฆหมอก (Cloud of gas and dust) ในกาแล็คซี่ทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) มี สารประกอบใหม่อยู่มากมาย แต่ส่วนใหญ่พบว่า ประกอบด้วย ก็าซ Hydrogen 70%, ก็าซ Helium 28% ส่วนที่เหลือ 2% เป็น Heavier elements (ธาตุหนัก) โดยน้ำหนัก แม้ว่าจำนวนธาตุหนักเพิ่มขึ้น 2% ดูน้อย หากเทียบอัตราส่วนของทั้งกาแล็คซี่ แล้วเป็นปริมาตรที่เพียงพอต่อการ เปลี่ยนแปลงขบวน การกำเนิดดาวรุ่นหลังๆ สิ่งสำคัญคือ ทำให้อายุดาวยาวนานขึ้น แต่ขนาดดาวเล็กลง ภาพรวมองค์ประกอบทางเคมีในอวกาศ เป็นเช่นเดียวกันหมด สิ่งที่ต่างกันคือ แต่ละบริเวณมีค่าของอุณหภูมิ ความหนาแน่นไม่เท่ากัน โดยเฉพาะในบริเวณ พื้นที่ช่องว่างระหว่างดวงดาว (Interstellar Medium) มีอุณหภูมิสูง ความหนา แน่นสูงสุดขั้วอย่างชัดเจน หมายความว่า เป็นการหมุนเวียนกลับมาใหม่ของ Cosmic recycling (การหมุน เวียนของรังสีต่างๆ) จึงเป็นพื้นฐานสำคัญ เอื้อให้เกิดดาวใหม่ (Newborn stars) ในยุคหลังๆต่อมา

Cloud of gas and dust บริเวณ Cone Nebula เป็นแหล่งเอื้อให้เกิดดาวใหม่ (Newborn stars) ด้วยความหนาแน่นของ ก็าซและฝุ่นเมฆหมอกอวกาศ

Cloud of gas and dust บริเวณ DEM192 ใกล้กับ LMC galaxy เป็นแหล่งเอื้อให้เกิดดาวใหม่ (Newborn stars) ด้วยความหนาแน่นของ ก็าซและฝุ่นเมฆหมอกอวกาศ

Cloud of gas and dust บริเวณ Rho Ophiuchi Cloud เป็นแหล่งเอื้อให้เกิดดาวใหม่ (Newborn stars) ด้วยความหนาแน่นของ ก็าซและฝุ่นเมฆหมอกอวกาศ

สัณฐานแหล่งฟักตัว ของดวงดาว Star-Forming Clouds ความพร้อมเพรียง พื้นที่ช่องว่างระหว่างดวงดาว เป็นเพียงอาณาเขตให้กำเนิดดาว แต่้การก่อตัวขึ้นของดาว เพื่อให้ดำรงอยู่ได้ ต้องมีความอุดมสมบูรณ์ของอาหาร หรือวัตถุดิบ ที่จะค่อยฟักฟูมขณะดาวยังเป็นทารก ประเภทแหล่งความหนาแน่นทึบสูง (Highest-density types) ของหมอกอวกาศ บริเวณช่องว่างระหว่างดาว เรียกว่า เมฆโมเลกุล (Molecular clouds) เป็นบริเวณ ที่มีความพิเศษกว่าบริเวณอื่นๆของจักรวาล เพราะมีความเพียงพอต่อการปลด ปล่อยโมเลกุลของอะตอม บริเวณเช่นนี้มีอุณหภูมิ 10-30 Kelvin โดยมีความหนาแน่นประมาณ 300 โมเลกุลต่อ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร จนกระทั่ง มีความหนาแน่นถึง ล้านล้านล้านเท่า ต่อ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร ดังนั้นจะเกิดการ จับตัวเป็นก้อนๆรวมกันใหญ่ขึ้นเป็นพันเท่า เมื่อเกิดความหนาแน่นจะมีค่าเฉลี่ยใน ระดับเดียวกัน จากนั้นอุณหภูมิก็สะสมเพิ่มทวีมากขึ้น กว่าเดิมหลายเท่า เมฆโมเลกุล (Molecular clouds) ตรวจพบว่ามีส่วนผสมในองค์ประกอบมากกว่า 120 ชนิด เช่น Carbon monoxide, Ammomia, Ethyl alcohol และน้ำ เป็นต้น โดยทั้งหมดนั้นเป็นสภาพบรรยากาศเอื้อให้เป็น แหล่งฟักตัวของดาวใหม่โดยมี วัตถุดิบที่มีความสมบูรณ์รอคอยอยู่

Molecular clouds บริเวณ Eagle Nebula (ประเภท Highest-density types) เป็นแหล่งฟักตัวของ ดาวใหม่ โดย สีแดงคล้ำ แสดงถึงรังสีของ Singly-ionized atoms สีเขียวแสดงรังสี Hydrogen สีฟ้าแสดง Doubly-ionized oxygen atoms เป็นประเภท Highest-density Types

Molecular clouds บริเวณ Barnard 68 (ประเภท Highest-density types) มีความหนาแน่น จนดำทึบ เป็นแหล่งฟักตัวของดาวใหม่อยู่ภายใน แต่มองไม่เห็นเพราะ แสงไม่สามารถผ่านได้เลย

ละอองแข็งของฝุ่นอวกาศ Interstellar Dust การก่อตัวของดาว ไม่ใช่เพียงแต่มีอากาศธาตุ (Gaseous) เช่น ก็าซ Hydrogen ก็าซ Helium หรือทั้งหมดที่มีอยู่ในเมฆโมเลกุล (Molecular clouds) เท่านั้น แต่ต้องมีสัดส่วนครึ่งหนึ่งประกอบด้วย ธาตุหนักกว่า Helium และ Solid grains (เมล็ดแข็ง) เป็นละอองแข็งของฝุ่นอวกาศ (Interstellar dust grains) ซึ่งเป็น สสาร เป็นส่วนประกอบเปรียบเทียบดังคล้ายกับ โครงสร้างเหมือนเป็นส่วนแข็ง ในร่างกายมนุษย์เช่น กระดูก เพื่อให้การดำรงอยู่สมบูรณ์แบบขึ้น แต่ในตัวตนของดาว ละอองแข็งของฝุ่นอวกาศ (Interstellar dust grains) ได้ กลายเป็นส่วนเสริมเพิ่มเติม ต่างไปจากดาวยุคแรกที่มีส่วนผสมนี้น้อย การซึ่งมี องค์ประกอบเช่นนี้ ช่วยให้ดาวมีศักยภาพ ต่อระบบการเผาไหม้ที่ยืดเยื้อออกไป ทำให้อายุขัยของดาวยืนยาวขึ้น ละอองแข็งของฝุ่นอวกาศ (Interstellar dust grains) ลักษณะเมล็ดแข็งขนาด 1 ไมครอน (1/2ของแบคทีเรีย) เหมือนเม็ดทรายเล็กๆ พบมากใน Carbon และ ส่วนประกอบของธาตุอื่นๆ คล้ายกับ Silicon, Oxygen และเหล็ก แม้ว่ามีขนาดเล็กก็ตาม ด้วยความหนาแน่นอย่างสุดขั้ว ละอองแข็งของฝุ่นอวกาศ (Interstellar dust grains) ที่จับตัวรวมกัน ทำให้แสงไม่สามารถจะผ่านเข้าไปได้ ดาวที่อยู่บริเวณขอบเขตของเมฆโมเลกุล (Molecular clouds) มีผลกระทบการ กระเจิงของแสง จึงไม่สามารถเห็น ขบวนการเกิดของดาวใหม่ ที่อยู่เบื้องหลังได้ เช่นเดียวกับ ที่ไม่สามารถมองสิ่งต่างๆ ผ่านม่านหมอกควันไฟได้ยกเว้นใช้กล้อง ตรวจจับแบบ Infrared ในการสำรวจ

ละอองแข็งฝุ่นอวกาศ ขนาด 1 ไมครอน ที่พบใน Milky Way Galaxy

ละอองแข็งของฝุ่นอวกาศ (Interstellar Dust) มีองค์ประกอบ Carbon, Silicon และ Oxygen

ดุลยภาพของมวลโน้มถ่วง (Gravitational equilibrium)

การเริ่มแรก ของรูปแบบกำเนิดดาว Stars Birth เมื่อมีความสมบูรณ์พร้อมของแหล่งฟักตัว มีวัตถุดิบในสภาพแวดล้อมที่พอเพียง การเริ่มแรก ของรูปแบบกำเนิดดาว ต้องอาศัยพลังงาน ซึ่งได้จากอำนาจของแรง โน้มถ่วง (Gravity) โดยเริ่มก่อปฏิกิริยา จากเมฆโมเลกุล (Molecular clouds) หนาแน่น จนกระทั่งความร้อนเพียงพอจะเกิด Nuclear fusion (การหลอมละลาย รวมตัวของอิเล็กตรอน) เป็นไส้แกน (Core) ให้เป็นจุดเล็กๆเกิดขึ้นก่อน อย่างไรก็ตาม การหมุนวนมวน เป็นแผ่นจาน (Disk) ด้วยอำนาจของแรงดึงดูด ดำเนินต่อไปอย่างไม่หยุดยั้งนับล้านปี ทั้งนี้ต้องขึ้นกับ ความกดดันของก๊าซ และแรงดึงดูด การผลักดันภายในแกนว่ามี อำนาจและความเสถียรเพียงใด กรณีดังกล่าว เรียกว่า Gravitational equilibrium (ดุลยภาพของมวลโน้มถ่วง) โดยหากทุกอย่างขององค์ประกอบเป็นไปด้วยดี โอกาสกำเนิดดาวใหม่จะสมบูรณ์ หากมีส่วนหนึ่งส่วนใดบกพร่อง เช่น แรงดึงดูดอ่อนกำลังลงไม่แข็งแกร่ง ทำให้ การหมุนขาดดุลยภาพ ก็ไม่สามารถให้กำเนิดดาวได้ และมีจำนวนไม่น้อยที่ต้อง หยุดชะงักลง จากเหตุผลดังกล่าว ทำให้คิดไปว่าคล้ายกับ ดาวพิการก่อนกำเนิด

แรงโน้มถ่วง (Gravity) มีอำนาจเกิดขึ้นจากความหนาแน่นของเมฆโมเลกุล (Molecular clouds)

ดุลยภาพของมวลโน้มถ่วง (Gravitational equilibrium) เป็นปััจจัยสำคัญต่อการ เสริมสร้างให้ระบบการก่อตัวสมบูรณ์และแข็งแกร่ง ของดาวที่จะเกิดขึ้นใหม่

การต่อสู้กันของพลังอำนาจ ก่อนกำเนิด Gravity VS. Pressure การฟันฝ่าอุปสรรค เพื่อก้าวข้าม Gravitational equilibrium (ดุลยภาพของมวล โน้มถ่วง) นั้นเป็นหัวเลี้ยวหัวต่อที่มีความหมาย เปรียบเสมือนความเป็นกับความ ตาย มีโอกาสแบบ 50-50 อำนาจธรรมชาติในระบบจักรวาล โดยเฉพาะพลังอำนาจโน้มถ่วงมีบทบาทสำคัญ ผลักดันให้ดวงดาวแต่ละดวง สามารถถือกำเนิดขึ้นได้ โดยการผลักออกไปของ ความอัดดัน (Pressure) จากภายใน ซึ่งประกอบด้วย การหลอมละลายของเชื้อ เพลิง และการผลักเข้ามา จนเกิดขึ้นเป็นแรงดึงดูด (Gravity) จากก๊าซกลุ่มหมอก มีความหนาแน่น และมีความร้อนร่วมกันภายนอก เป็นการเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไข Gravitational equilibrium (ดุลยภาพของมวลโน้มถ่วง) เช่นเดียวกับ ก็าซซึ่งบรรจุในลูกโป่ง พยายามจะดันออกมา จากพลังงานที่อยู่ ร่วมกันด้านใน ในทำนองเดียวกัน มวลอากาศที่อยู่ภายนอก ต้านทานเอาไว้ทำ ให้เกิดดุลยภาพที่เหมาะสม แต่หากด้านหนึ่งด้านใด มีพลังงานมากกว่าก็จะกด ดันก็มีผลทำให้ลูกโป่งแตกได้ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม พลังงานการผลักดันให้ สำหรับดาวเกิดใหม่ มิได้สงบราบเรียบ แบบลูกโป่ง มีแต่ความปั่นป่วน โกลาหลแบบพลัดกันรุกพลัดกันรับ อย่างต่อ เนื่องใช้เวลานานนับหลายร้อย หลายพันปีในแต่ละคราว เพื่อสร้างดุลยภาพ ช่วงเวลาการสร้างดุลยภาพนั้น มีความกดดันโดยเกิดระเบิดขึ้นเป็นเวลาเดียวกัน ที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายพลังงานออก อย่างรวดเร็วรุนแรง โดยมีการปะทะ กันกับบรรยากาศภายนอก แบบ Quantum mechanics (กลศาสตร์การเคลื่อน ไหวของพลังงาน) แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ Degeneracy pressure ลักษณะการลดลงของความกดดัน โดยไม่ต้องอาศัยความร้อนของอุณหภูมิ ซึ่งเป็นการเกิดจาก ความเสื่อมถอยลง ของความกดดันเอง Thermal pressure ลักษณะสามารถ ต่อต้านพลังอำนาจแรงดึงดูดได้ โดยการเพิ่มความกดดันจาก ความร้อนที่เกิดขึ้น กรณีนี้ทำให้พลังอำนาจแรงดึงดูด ลดมากกว่า 10 -1,000 เท่าโดยเฉลี่ย จากการต้านออกมาจากภายใน เมื่อสามารถผ่านพ้นวิกฤตไปได้แล้ว บางกรณี พลังอำนาจความกดดัน และพลัง อำนาจแรงดึงดูดลดลงชั่วขณะ หลังจากนั้นค่อยๆรวบรวมพลังงานเพิ่มขึ้น ทำให้ สู่ภาวะปกติจะหมุนวนผลักดันกันใหม่ โดยเป็นการเริ่มสร้างดุลยภาพมวลโน้มถ่วง ต่อไปใหม่และต่อต้านกันอีก ทั้งนี้อาจเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก ไม่สามารถนับครั้ง ได้จนกว่าจะบรรลุถึง ความเสถียรที่แท้จริง ของ Gravitational equilibrium (ดุลยภาพของมวลโน้มถ่วง)

Pressure การผลักออกของความอัดดัน (จากภายในด้วย การหลอมละลายของเชื้อเพลิง) Gravity การผลักเข้ามาจนเกิดเป็นแรงดึงดูด (จากก๊าซกลุ่มหมอกมีความหนาแน่น และความ ร้อนร่วมกันภายนอก)