๒ กำเนิดของดวงดาว ...

ทำอย่างไรจึงจะได้ไปเกิดเป็นดาว?

ในห้วงอวกาศอันเวิ้งว้างนั้นก็ยังมี มวลสารระหว่างดวงดาว รวมตัวกันเป็นกลุ่มเป็นก้อน หรือ เนบิวล่า อันประกอบไปด้วย ก๊าซไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ และฮีเลี่ยมอีกเล็กน้อย รวมทั้งผงฝุ่นธุลี มวลสารเหล่านี้ จะมีแรงดึงดูดเข้าหากัน เมื่อโมเลกุลเข้าใกล้กันก็ทำให้มีความเบียดเสียดยัดเยียดกันมากขึ้น จนเกิดความร้อนและแรงกดดันเพิ่มขึ้น ในระยะแรกๆของการรวมตัวนี้ มันเป็นเพียงกลุ่มเมฆฝุ่นและก๊าซบางๆ ความร้อนที่เกิดขึ้นก็แทรกตัวหนีหายไปในอวกาศได้ การสั่งสมความร้อนภายใน จึงเป็นไปได้ยากในช่วงเริ่มแรก แต่เมื่อกลุ่มเมฆดึงตัวเข้ามาหาทำให้หนาแน่นมากขึ้น ความร้อนก็แทรกตัวออกไปได้ยากขึ้น อุณหภูมิของกลุ่มเมฆนี้จึงสะสมให้สูงขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะในใจกลางของกลุ่มเมฆนี้ อุณหภูมิจะสูงกว่าที่อื่น กว่า เนบิวลา จะหดตัวจนอุณหภูมิภายใน เพิ่มจากไม่กี่สิบองศาเคลวิน(K) มาถึงขั้นที่อุณหภูมิขึ้นสูงถึง 100K( เท่ากับ -173 องศาเซลเซียส C ซึ่งก็ยังเย็นมาก) ก็ต้องใช้เวลาถึงหลายๆหมื่นปี

แต่มันก็เป็นไปไม่ได้ว่า อยู่ดีๆกลุ่มมวลสารบางเบาเหมือนม่านควันเหล่านี้ จะมาอัดตัวต่อไปอีก จนเพิ่มแรงดันและความร้อนได้มาก ถึงขนาดเป็นสิบล้านองศาที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ อันถือเป็นจุดกำเนิดเป็นดวงดาวขึ้นมาได้ การที่ เนบิวล่า จะหดตัวเข้าหากันอีกหลังจากที่ถึงจุดเสถียรที่กล่าวมาข้างต้น จนทำให้ได้เกิดมาเป็นดาวนั้น ก็มีอุปสรรคที่จะต้องฟันฝ่าด้วยกันหลายประการคือ

ก) แรงดันภายใน ที่เกิดจากความร้อนจากการหดตัว แม้อุณหภูมิของ เนบิวล่า จะไม่มาก คือเฉลี่ยเพียง 10-30 K (-263 ถึง -243 C) เท่านั้น มันก็มากพอที่จะเพิ่มพลังงานให้อะตอมและโมเลกุลของก๊าซเคลื่อนไหวไม่หยุดนิ่งได้ ตามกฎของก๊าซแล้ว เมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น ก๊าซก็มีพลังงานเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดแรงดันเพิ่มขึ้นจนบีบตัวอีกไม่ลง กลุ่มก๊าซจึงจะยุบตัวต่อไปไม่ได้ เพราะมีแรงดันจากพวกก๊าซอยู่ไม่สุขนี้มาคอยยันไว้ ดังนั้น เมื่อ เนบิวล่า หดตัวลงไปถึงจุดๆหนึ่งแล้ว ก็ถึงจุดเสถียร ไม่มีการหดตัวต่อไป

(ภาพที่ 7) เมื่อ เนบิวล่า ถึงจุดเสถียรที่มีความสมดุลย์ ระหว่างแรงดึงดูดระหว่างมวลภายในกับแรงดันอันเกิด จากก๊าซที่ถูกอัดตัวเข้าหากันด้วยแรงดึงดูด เมื่อแรงทั้งสองคานกันได้ ก็จะมีความสมดุลย์ ไม่อัดตัวเข้าหากันต่อไป ภาพจาก NASA

ข) การเคลื่อนไหวของก๊าซเหล่านี้ ส่งผลรวมให้เกิดการหมุนของทั้งกลุ่ม เนบิวล่า ขึ้นมา เมื่อมันหดตัวลงในขณะที่กำลังหมุนตัวอยู่นั้น ก็ทำให้การหมุนตัวนั้นเร็วขึ้นตามกฏการอนุรักษ์โมเมนตั้ม (ตัวอย่างเช่น เรานั่งบนเก้าอี้หมุน ให้เพื่อนมาหมุนเก้าอี้เร็วๆ ในขณะที่เรากางแขนกางขาออก แล้วปล่อยให้หมุนอย่างนั้นไปเอง เมื่อเราหดแขนหดขาเข้ามา ตัวของเราจะหมุนได้เร็วขึ้นไปเอง โดยที่เพื่อนไม่ต้องมาปั่นเพิ่มอีกเลย) เมื่อ เนบิวล่า หมุนตัวเร็วขึ้น ก็จะทำให้มวลสารของมันถูกหมุนไปเร็วมาก จนไม่สามารถมาเกาะให้ติดกันเป็นก้อนใหญ่ขึ้นมาได้ เราก็ทราบมาแล้วว่า มวลสารเหล่านี้ต้องอัดกันเข้ามาจนแน่น จึงจะเกิดความร้อนและพลังงานมาก่อตัวเป็นดาวได้

ค) จากการศึกษาด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ จึงทราบว่าในกลุ่มก๊าซเหล่านี้ มีสนามแม่เหล็กอย่างอ่อนๆอยู่ แม้มันจะมีกำลังไม่มาก แต่ก็มากพอที่จะขัดขวางการรวมตัวของก๊าซอันเบาบางได้ เพราะอนุภาคของ เนบิวล่า จะถูกอิทธิพลจากสนามแม่เหล็กมาผลักดัน ให้เคลื่อนตัวได้ในทิศทางเดียวกับเส้นแรงแม่เหล็กเท่านั้น เนบิวล่า จึงจะหดตัวในทิศที่ขนานกับเส้นแรงแม่เหล็ก ได้ง่ายกว่าในทิศทางที่จะตัดเส้นแรงแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กนี้ จึงจะไปขัดขวางการรวมตัวเข้าหากันของ เนบิวล่าได้ แต่รายละเอียดที่ว่าสนามแม่เหล็กใน เนบิวล่า มีลักษณะอย่างไร เกิดมาอย่างไร และมีอิทธิพลอย่างไร ต่อการหดตัวของเนบิวล่านั้น เรายังมีความเข้าใจได้น้อยมาก ด้วยความที่มีระยะทางห่างไกล และพลังงานที่ปล่อยออกมามีระดับต่ำมาก ในปัจจุบัน เรายังไม่มีเครื่องมือใดที่สามารถสังเกตปรากฏการณ์นี้ได้โดยตรง

ง) มวล นอกจากอุปสรรคที่กล่าวมาแล้ว สิ่งสำคัญอย่างยิ่งอีกปัจจัยหนึ่ง ที่จะตัดสินว่า เนบิวล่า นั้นจะมีสิทธิได้ไปเกิดเป็นดาวหรือไม่ ยังอยู่ที่ว่ามันมีมวลสารมากพอหรือไม่ เนบิวล่า จะต้องมีมวลมากพอ จึงจะได้เกิดความหนาแน่นมากพอ เพื่อมาต้านแรงดันจากภายในดังที่กล่าวมาข้างบน และสามารถหดยุบตัวลง จนมีอุณหภูมิสูงพอที่จะก่อให้เกิดเป็นดาวได้ หากกลุ่มก้อนของ เนลิวล่า มีมวลไม่พอ ก็ไม่มีโอกาสได้เกิดเป็นดาว แต่กลับกลายไปเป็น ดาวแคระห์สีน้ำตาล (Brown Dwarf) ซึ่งก็เปรียบได้กับ ดาวลูกกรอก นั่นเอง คือแท้งไปเสียก่อนที่จะได้เกิด เหมือนฟืนที่ถูกรุมไฟ แต่มอดไปเสียก่อน เพราะเชื้อไฟที่ใช้มาสุมนั้น ร้อนแรงไม่พอ ประมาณว่าหากมวลของ เนบิวล่า มีไม่ถึงแปดเปอร์เซ็นต์ของมวลดวงอาทิตย์ของเราแล้ว เนบิวล่า นั้นก็ไม่ได้เกิดเป็นดาว แต่จะแท้งไปกลายเป็น ดาวแคระห์น้ำตาล ซึ่งในตอนแรกก็จะเปล่งแสงแดงๆ เหมือนไฟสุมขอน จากความร้อนของการอัดตัวแต่แรก แต่แล้วก็จะค่อยๆเย็นตัวลงจนมอดไป นักดาราศาสตร์ไม่ค่อยทราบเกี่ยวกับดาวแคระห์น้ำตาลมากนัก เพราะมันไม่เปล่งแสงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าออกมา หรือมี แต่กำลังความสว่างไม่มากนัก การหาวัตถุมืดๆในอวกาศมืดๆ ก็ยากพอๆกับงมเข็มในมหาสมุทร ต้องใช้กล้องอินฟราเรด หรือกล้อง Optical ที่มีกำลังสูงมากๆไปหาเอา จึงเพิ่งมีการค้นพบ ดาวแคระห์น้ำตาล เป็นครั้งแรกในปี คศ ๑๙๙๕ นี่เอง โดยดาวดวงแรกที่ค้นพบมีชื่อว่า Gliese 229B ในภาพที่ 8

แต่ในปัจจุบันนี้ ได้มีการส่องหา ดาวแคระห์น้ำตาล กันขึ้นมามาก เมื่อเร็วๆนี้เอง ก็มีการค้นพบ ดาวแคระห์น้ำตาล โดยวิธีการที่เรียกว่า Interferometer ปรากฏว่า ดาวแคราะห์น้ำตาลที่พบนี้ มีอุณหภูมิพื้นผิวเพียง 700C เท่านั้น ซึ่งนับว่าเย็นมากสำหรับดวงดาว อีกไม่ช้านี้ เราคงมีข้อสรุปเกี่ยวกับ ความไม่สำเร็จที่จะเกิดเป็นดาว หรือ ดวงดาวแท้งไปอย่างไร มาให้เข้าใจได้มากขึ้น

(ภาพที่ 8) ภาพดาวเคราะห์น้ำตาลดวงแรกที่ค้นพบ ชื่อ GL 229B ถ่ายด้วยกล้อง 60 นิ้วที่ Palomar Observatory โดย T. Nakajima (Caltech), S. Durrance (JHU) เมื่อ เดือน ตุลาคม ค.ศ. 1994 เปรียบเทียบกับภาพโดยกล้อง ฮับเบิล ในปีต่อมา นักดาราศาสตร์จะจัดให้ดาวแคระห์น้ำตาลดวงนี้เป็นกลุ่ม ดาวมีเธน เพราะมันมีอุณหภูมิต่ำแค่ 700C เท่านั้น จนไม่สามารถแม้จะเผาก๊าซมีเธนได้ ในภาพเป็นดาวจุดสีขาวเล็กใกล้ๆกับดาวดวงใหญ่

(ภาพที่ 9) กล้องอินฟราเรดใกล้ NICMOS บนยานฮับเบิล พบดาวแคระห์น้ำตาลเป็นจำนวนมาก ซุกซ่่อนตัวอยู่ในบริเวณใกล้เคียง Trapezium Stars ในเนบิวล่านายพราน อันเป็นเขตที่มีการก่อตัวและก่อกำเนิดดาวดาวใหม่ๆ ที่ชุกชุมที่สุดแห่งหนึ่งที่เราได้ค้นพบมา ภาพโดย Kevin Luhman แห่ง NASA-STS