แล้วอะไรไปจุดประกายให้เกิดเป็นดาว

สิ่งที่นักดาราศาสตร์ยังสรุปไม่ได้ก็คือ อะไรไปจุดชนวนทำให้เกิดการฟักตัวของดวงดาวขึ้นมา แม้จะมีข้อมูลมากมายที่ช่วยอธิบายว่า กระบวนการ วิวัฒนาการของดวงดาวหลังจากเกิดขึ้นมาแล้วนั้นเป็นอย่างไร แต่เราก็ยังไม่เข้าใจถึงกระบวนการที่ทำให้ เนบิวล่า กลายมาเป็นดาวได้ดีนัก เพราะในกระบวนการกำเนิดดวงดาวนั้น เรามองด้วยตาเปล่าไม่เห็น หรือจะกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ กระบวนการก่อกำเนิดดวงดาว ไม่ได้ส่งพลังงานในคลื่นแสงที่เรามองเห็นได้ออกมา ด้วยเหตุนี้ กล้องดูดาวในคลื่นแสงอื่นๆ นอกเหนือจากคลื่นแสงที่ตาของเราสามารถมองเห็นได้ จึงมีความสำคัญอย่างมาก ต่อความเข้าใจความเป็นไปในการก่อตัวของดวงดาว

เราเพิ่งจะมีเทคโนโลยี่พื้นฐาน มากพอที่จะสร้างกล้องและอุปกรณ์บันทึกพลังงานของดวงดาว ในรังสีต่างๆที่ตาของเรามองไม่เห็น ได้ในระยะเวลาไม่กี่สิบปีที่ผ่านมานี้เอง จึงไม่เป็นที่น่าแปลกเลยว่า ความรู้เกี่ยวกับดวงดาวของเรานั้น จะมีมากก็เฉพาะในส่วนที่หลังจากดวงดาวเกิดขึ้นมาแล้ว และเข้าสู่สภาพที่มีความเสถียรภายใน ที่เรียกว่าเป็น Main Sequence Star คือดาวที่เข้าสู่วิถีหลักของชีวิตแล้ว มันจึงมีพลังงานมากพอมาเปล่งแสง ข้ามห้วงอวกาศอันแสนไกลมาให้เราเห็นได้ แต่ช่วงชีวิตก่อนหน้านั้น เรายังต้องการข้อมูลอีกเป็นจำนวนมากจากรังสีอื่นๆ เพื่อให้เข้าใจถึงการเกิดและการแตกสลายของดวงดาว

นักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานไว้ว่าลำพังตัว เนบิวล่า เองนั้น เมื่อหดตัวเข้ามาจนมีความร้อน แล้วความร้อนไปทำให้ก๊าซเกิดแรงดันจากภายใน ดันกันไปอัดกันมา จนในที่สุดมันก็จะถึงจุดสมดุลย์ระหว่างแรงดันจากภายใน และแรงอัดจากการหดตัว ก็จะไม่หดตัวต่อไป เมื่อมันหยุดหดตัวแล้ว อุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นไม่ได้ เมื่อความร้อนไม่พอ ก็ไม่สามารถก่อปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ทำให้ตัวเองกลายไปเป็นดาวได้ เพราะแหล่งพลังงานของดวงดาว มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ที่ต้องอาศัยแรงกดดันมหาศาล และอุณหภูมิร้อนแรงประมาณ สิบล้านองศาขึ้นไป มาทำให้อนุภาคมารวมตัวก่อเกิดเป็นการหลอมรวมธาตุใหม่ได้ (Nucleosynthesis ซึ่งจะกล่าวถึงอย่างละเอียดต่อไปข้างหน้า) ความน่าจะเป็นไปได้มากที่สุด ที่จะส่งผลให้กลุ่ม เนบิวล่า ต้านแรงดันจากภายใน แล้วอัดตัวยุบยวบลงไปได้อีกนั้น คงจะต้องมีแหล่งพลังงานจากภายนอกมากระทำ

เป็นที่เห็นพ้องกันในหมู่นักดาราศาสตร์ส่วนมากแล้วว่า แรงที่จะมากระทำเป็นผลให้ เนบิวล่า บีบตัวลงไปอีกนั้น มาจาก ช็อคเวฟ (Shockwave) ที่มีค่าแรงกดดันสูงกว่าบรรยากาศรอบข้างในเวลาอันรวดเร็ว ช็อคเวฟ ก็คือแรงดันที่สูงมากๆ ที่เคลื่อนตัวออกไปเหมือนคลื่นอัดกำลังสูง ที่มีแรงกดดันต่างจากอวกาศที่ไม่มีแรงต้านมากนัก เราก็ได้สัมผัส ช็อคเวฟ บนโลก เช่น คลื่นเสียงดังมากๆ จากฟ้าผ่า หรือ จากเครื่องบินเหนือเสียง แต่ ช็อคเวฟ เหล่านี้ มีกำลังน้อยกว่าอย่างเทียบกันไม่ได้กับ ช็อคเวฟ ในอวกาศเลย เมื่อมีการระเบิดด้วยกำลังอันมหาศาลอย่างฉับพลัน ในอวกาศที่แทบจะไม่มีอะไรมาต้าน แรงระเบิดก็กระจายตัวออกในทุกทิศทุกทางอย่างเท่าเทียมกัน ช็อคเวฟที่แผ่ออกจากจุดกำเนิด จึงแผ่ออกไปทุกด้าน เป็นผิวฟองของอะไรกลมๆ ที่เหมือนฟองขนาดยักษ์ของกำลังอัดมหาศาล

จากการทดลอง เพื่อศึกษาอานุภาพการทำลายของระเบิดอะตอมมิก ในที่ที่มีตึกขวางอยู่ พบว่า ระเบิดอะตอมมิก ก็ส่งช็อคเวฟออกไปด้วยกำลังอันมหาศาลเช่นเดียวกัน (แต่ถ้าจะเปรียบกันจริงๆแล้ว ช็อคเวฟในจักรวาลนั้น มีกำลังสูงกว่าระเบิดที่เราทำได้เองเป็นอย่างมาก) ช็อคเวฟจากระเบิดก็จะโอบตัวเข้าหาตึกที่ขวางหน้า แล้วบีบด้วยแรงอัดดันจากภายนอก ตึกที่ถูกบีบตัวเข้าไปนั้น ก็จะแตกระเบิดออกด้วยแรงดันจากภายใน เหมือนกับลูกโป่งที่ถูกเราบีบจนแตกดังโพละ เพราะผิวลูกโป่งทานแรงดันจากภายในนั้นไม่ได้

เมื่อ ช็อคเวฟ ไปปะทะอะไรที่ขวางหน้า เช่น ก้อนเนบิวล่า ก็จะโอบอุ้มหุ้มวัตถุนั้นด้วยแรงอัดมหาศาล เหมือนกับเราปาลูกโป่งบรรจุน้ำไปกระทบก้อนหินที่แขวนลอยอยู่ในอากาศ ถ้ามีแรงปาได้แรงๆเร็วๆ ก้อนหินนั้นก็จะจมลงไปในเนื้อลูกโป่ง จนเกิดแรงอัดโอบรอบก้อนหินนั้น แต่เนบิวล่าไม่ใช่ของแข็งอย่างก้อนหิน มันเป็นเพียงกลุ่มฝุ่นและก๊าซเท่านั้น จึงไม่สามารถคงรูปอย่างเดิมได้ เมื่อถูกบีบจากทุกทิศทุกทาง มันก็อัดตัวกันมากเข้าทุกที จนเกิดปฏิกิริยาภายในได้เอง

แล้วช็อคเวฟมาจากไหนกันล่ะ

โอกาสที่ เนบิวล่า จะถูกบีบรัดด้วย ช็อคเวฟ นั้น มีมากหาก เนบิวล่า นั้น อยู่ในส่วนปลายแขนของ กาแล้คซี่แบบควงสว่าน (spiral arm galaxy) กาแล็คซี่ เช่นนี้ มีการหมุนตัวจนทำให้มวลสารถูกเหวี่ยง และบีบตัวให้เปลี่ยนแปลงสภาพอยู่ตลอดเวลา ที่มีแรงอัดจากแรงหมุน จนทำให้มวลสารของ เนบิวล่า ถูกอัดตัวกันเข้ามาจนเพิ่มความหนาแน่นขึ้นนับหมื่นๆเท่า

(ภาพที่ 10) กาแล้คซี่แบบควงสว่าน (Spiral arm galaxy) NGC 2997 ใน กาแล้คซี่ Antlia อันเป็นกาแล้คซี่ที่เห็นได้ในซีกโลกภาคใต้เท่านั้น ดาวขนาดใหญ่มากๆที่อายุยังน้อย สังเกตได้จากที่ส่องแสงสะท้อนจากเนบิวล่าเป็นสีฟ้า จะอยู่ในส่วนปลายแขนที่หมุนอยู่รอบนอก และจะเห็น เนบิวล่า สีแดง อันเป็นอู่กำเนิดดาว เช่นเดียวกับที่เห็นใน เนบิวล่านายพราน ของเรา ดาวที่มีอายุมากกว่าเป็นสีเหลืองและสีส้ม จะรวมศูนย์อยู่ในใจกลางของกาแล้คซี่ ภาพโดย Anglo-Australian Observatory

ข้อสันนิษฐานอีกข้อหนึ่ง ซึ่งเป็นข้อสันนิษฐานที่นักดาราศาสตร์เชื่อว่า มีความเป็นไปได้มากที่สุด ในการกำเนิดของดวงอาทิตย์ของเรา ก็คือ ดวงดาวขนาดมหาศาลถึงกาลแตกดับ ก็ระเบิดตัวเองอย่างรุนเแรง ที่เรียกว่า ซุปเปอร์โนวา (Supernova) ซึ่งเกิดพลังงานมหาศาลโยนฟองก๊าซที่มีอุณหภูมิถึงสิบล้านองศา แรงระเบิดนี้ส่งแรงอัดมหาศาลในรูปของ ช็อคเวฟ (Shockwave) มาปกคลุม กลุ่มเนบิวล่าที่หนาแน่นกว่าปกติอยู่แล้ว เนบิวล่า พวกนี้เรียกว่า Giant Molecular Clouds(GMC) คือประกอบด้วยโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจน แทนที่จะเป็นอะตอมเฉยๆ และมีความหนาแน่นนับพันนับหมื่นเท่าของเนบิวล่าปกติโดยทั่วไป ใน กาแล้คซี่ทางช้างเผือก ของเรานี้ มี กลุ่มเมฆยักษ์ อยู่ถึงห้าพันกว่ากลุ่ม เมื่อ ช็อคเวฟ จาก ซุปเป้อร์โนวา ที่มากระแทกห่อหุ้มกลุ่มเมฆหนาทึบพวกนี้ ก็จะบีบคั้นกระทั้นกระแทกให้มันยุบยวบตัวลง

(ภาพที่ 11) ผังของการระเบิด ซุปเปอร์โนวา ทำให้เกิดฟอง ช็อคเวฟ(วงกลมสีฟ้าในภาพ) เคลื่อนตัวออกไปอย่างรวดเร็ว และกวาดดันเอามวลสารที่มีอยู่ก่อนออกไปด้วย (ขอบสีแดงและส้ม) โดย NASA's Observatorium

คลิกที่นี่เพื่อชมภาพยนต์ การระเบิด ซุปเปอร์โนวา โดยนาซ่า

นักดาราศาสตร์ตั้งข้อสมมติฐานที่ยังต้องค้นคว้าสืบหาต้นตอกันอีกมากว่า แรงระเบิดจากดวงดาวใกล้เคียงขนาดมหึมา ส่งช็อคเวฟออกไปด้วยแรงอัดมหาศาล ไปกระแทกกระทั้นกลุ่มมวลสารข้างเคียงให้ยุบยวบตัวลง ก่อเกิดเป็นลูกโซ่ปฏิกิริยาต่อเนื่อง ที่จะนำไปสู่การกำเนิดของดวงดาว เพราะพลังงานจาก ซุปเปอร์โนวานั้น เทียบได้กับการรวมเอาพลังงานจาก ดวงอาทิตย์หนึ่งร้อยดวง ที่เผาผลาญตลอดชั่วชีวิตในเวลา หนึ่งหมื่นล้านปี แต่พลังงานอันสุดคนานับนี้ จะถูกปลดปล่อยออกมาพร้อมกันหมดในชั่วพริบตาเดียว จึงสามารถมีกำลังไปบีบรัดกลุ่มเนบิวล่าใกล้เคียง จนก่อให้เกิดปฏิกิริยามาเป็นดาวได้ เหมือนดังความเชื่อของคนโบราณที่ว่า ดาวดับจากสรวงสวรรค์ มาเกิดใหม่ในครรภ์มารดา เพียงแต่ว่า ความตายของดาวดวงเก่า ไปโปรยหว่านเชื้อชีวิตให้ดาวดวงใหม่ถือกำเนิดขึ้นมา แล้วดาวก็ตายไปเกิดเป็นดาวอีกนั่นเอง

(ภาพที่ 12) "ไข่พญาอินทรีย์" ภาพแรกจากกล้องฮับเบิลที่แสดง ดวงดาวกำลังคลอด จากกลุ่มเมฆฝุ่น ที่กดดันอัดตัวกันอย่างหนาแน่น เรียกว่า Evaporating Gaseous Globules(EGGs) กล้องฮับเบิลถ่ายภาพนี้จากกลุ่มดาวงู (serpens) ซึ่งอยู่ห่างจากเรา 7000 ปีแสง ในส่วนที่เรียกว่า เนบิวล่าอินทรีย์ (Eagle Nebula โดยมีชื่อเป็นทางการว่า M16) เฉพาะเมฆกลุ่มก้อนนี้ใน เนบิวล่าอินทรีย์ มีชื่อเรียกว่า กลุ่มงวงช้าง ภายในก้อนเมฆตั้งทมึนเหมือนเป็นต้นเสา คือ ก้อนเนบิวล่า ที่ประกอบด้วยโมเลกุลของไฮโดรเจน ซึ่งมีความหนาแน่นมากพอ ที่จะทำให้มันยุบยวบตัวลง กำเนิดเป็นดวงดาวดวงใหม่ พลังงานจากการยุบยวบตัว ก่อให้เกิดพายุรังสีอุลตร้าไวโอเล็ต พลุ่งพล่านพ่นก๊าซออกจากตัวเป็นสายบางๆ เหมือนแพรพริ้วเป็นทางไปตามแรงพายุ เป่าปัดพัดกลุ่มเมฆเนบิวล่า ให้กระจัดกระจายไปในอวกาศ ซึ่งในที่สุด ก็จะไม่เหลือมวลสารจากเนบิวล่า ให้มีดาวเกิดใหม่ได้อีก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Photoevaporating แล้วดวงดาวใหม่ๆก็จะถือกำเนิดจาก EGGs หรือ ไข่พญาอินทรีย์นี้ นี่เป็นครั้งแรกที่เรามีโอกาสได้เห็นภาพ "ดวงดาวในท้อง" ที่กำลังจะคลอด จึงเป็นที่ฮือฮากันมาก เมื่อกล้องฮับเบิลถ่ายภาพนี้ ในปี คศ 1995 ภาพโดย STS

ข้อนี้ เป็น สมมติฐาน ที่น่าเชื่อถือที่สุดในปัจจุบัน ดังจะเห็นได้จาก การสังเกตการณ์จากกล้องใหม่ๆในอวกาศ เช่น กล้องฮับเบิล และ กล้องจันดรา ว่า ในแหล่งที่มีการระเบิดแตกดับของดวงดาวขนาดมหาศาล ที่เราเรียกว่า ซุปเป้อร์โนวา มาก่อน กลุ่ม เนบิวล่า แถวๆนั้น จะมีหลักฐานปรากฏให้เห็นว่า มีดาวใหม่ๆกำลังฟักตัวก่อกำเนิดขึ้นมา หรือเพิ่งจะก่อกำเนิดขึ้นมาภายในใจกลาง อยู่มากมายหลายแห่ง แต่ ซุปเป้อร์โนวา ที่ไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยนัก หรืออาจเคยเกิดบ่อยสมัยก่อน จะเป็นตัวต้นเหตุที่ช่วยให้ดาวได้ไปเกิดเป็นดาว มากน้อยเพียงไรนั้น นักดาราศาสตร์ก็ยังไม่มีคำอธิบายที่ครอบคลุมปัญหานี้ได้หมด เพราะเราหากยังมีความรู้เพียงน้อยนิด เกี่ยวกับปฏิกิริยารุนแรงเช่นนี้ในจักรวาล เพราะปฏิกิริยาที่ทำให้เกิด ช้อคเวฟ เช่นนี้ จะสังเกตการณ์ได้ดี จากเครื่องมือวัดพลังงานระดับสูง เช่น กล้องรังสีเอ๊กซ์ และกล้องรังสีแกมม่า พัฒนาการเทคโนโลยี่ ด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์พลังสูง ของเรา ก็เพิ่งจะอยู่ในขั้นเริ่มต้นเท่านั้น การประดิษฐ์คิดค้นเครื่องมืออุปกรณ์เหล่านี้ เพิ่งจะมีมาไม่นานนี้เอง ความรู้ด้านนี้ จึงกำลังพัฒนาไป อย่างรวดเร็วมาก ในระยะไม่กี่สิบปีที่ผ่านมา จากเทคโนโลยี่ใหม่ๆ อีกไม่นานเกินรอ คำถามที่เราตั้งหน้ารอคอยข้อมูล เพื่อนำมาหาคำตอบ ก็จะอยู่ไม่ไกลเกินเอื้อมไปได้