SUPERNOVA

ผู้ช่วยศาสตราจารย์พหล จิตติยศรา


         ดาวเกิดจากการหดตัวของก๊าซและฝุ่น ขณะที่ดาวหดตัว อุณหภูมิที่ใจกลางดาวจะสูงขึ้นเรื่อยๆ เมื่อมีอุณหภูมิประมาณ 10 ล้าน K จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์หลอมนิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ขณะเมื่อแกนฮีเลียมมีการหอตัวต่อไป อุณหภูมิที่ใจกลางอาจสูงถึง 100 ล้าน K หลอมนิวเคลียสของฮีเลียมให้เป็นนิวเคลียสของคาร์บอนได้ สำหรับดาวที่มีมวลมากกว่า 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ การหดตัวของแกนคาร์บอนต่อไปจะให้อุณหภูมิที่ใจกลางสูงถึง 600 ล้าน K ซึ่งสามารถหลอมนิวเคลียสของคาร์บอนเป็นนิวเคลียสของออกซิเจน นีออน แมกนีเซียม ฯลฯ และสำหรับดวงดาวที่มีมวลมาก เมื่อมีการหดตัวให้อุณหภูมิที่ใจกลางดาวสูงประมาณ 3000 ล้าน K ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นอาจมีได้หลายรูปแบบ สุดท้ายใจกลางดาวจะเต็มไปด้วยนิวเคลียสของธาตุหนักหลายชนิดรวมกันด้วยนิวเคลียสของเหล็ก Fe56 ด้วย เมื่อการเปลี่ยนแปลงเป็น Fe56 ได้ถึงที่สุดปฏิกิริยาก็จะหยุด เพราะการเปลี่ยนนิวเคลียสของธาตุหนักขึ้นไปกว่าเหล็กจะต้องดูดกลืนพลังงานเข้าไว้แทนที่จะคลายพลังงานออก ถึงขั้นนี้ใจกลางดาวฤกษ์จะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วส่งผลให้เปลือกนอกที่ห่อหุ้มอยู่ยุบตัวตามไปด้วย การยุบตัวอย่างรวดเร็วของใจกลางดาวและเปลือกห่อหุ้มที่มีความเร็วไม่เท่ากัน จะทำให้เกิด คลื่นกระแทก (Shock Wave) ผลักดันสสารที่อยู่รอบนอกของเปลือก เช่น รังสีคอสมิค,อิเล็กตรอนและก๊าซบางชนิด (ที่มีอุณหภูมิสูง) ให้ออกสู่อวกาศ

         ระหว่างการยุบตัวของใจกลางดาว อุณหภูมิจะพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลาอันสั้น เกิดการสร้างธาตุที่หนักขึ้นไปเรื่อยๆ จนอาจถึงยูเรเนียม ทั้งนี้โดยการจับนิวตรอนเข้าไว้ ซึ่งก่อนหน้านี้นิวตรอนเกิดจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์รูปแบบต่างๆ สำหรับธาตุหนักที่เกิดสร้างขึ้นบริเวณใจกลางจะถูกขับออกสู่อวกาศโดยการพาของสสารในชั้นเปลือกห่อหุ้ม

         ในช่วงสุดท้ายก่อนที่สสารในชั้นเปลือกห่อหุ้มจะถูกผลักดันให้ระเบิดออกนั้น บริเวณใจกลางดวงดาวจะมีอุณหภูมิสูงมากมายมหาศาล อิเล็กตรอนภายในถูเร่งจนมีความเร็วเกือบเท่าแสงและจะวิ่งเข้ารวมกับโปรตอนในนิวเคลียส กลายเป็นนิวตรอนพร้อมทั้งปลดปล่อยนิวตริโนออกมา เมื่อเวลาผ่านไปการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนกับโปรตอนจะเพื่อมากขึ้น จนในที่สุดใจกลางดาวเต็มไปด้วย นิวตรอนและมีนิวตริโน จำนวนมากมายมหาศาลถูกปลดปล่อยออกมา การยุบตัวอย่างรวดเร็วของบรรยากาศตามการยุบตัวของใจกลางดาวนั้น จะทำให้บรรยากาศของดาวหนาทึบจนกั้นกางนิวตริโนไม่ให้วิ่งทะลุออกสู่อวกาศ เนื่องจากนิวตริโนเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลน้อย ไม่มีปฏิกิริยากับใคร มีความเร็วสูงเกือบเท่าความเร็วแสง เมื่อมีสสารในบรรยากาศของดาวมาขวางอยู่ นิวตริโนที่มีความเร็วสูงและมีจำนวนมากมายมหาศาล (จากการเปลี่ยนใจกลางดาวให้เป็นดาวนิวตรอน) จะผลักมวลสารในบรรยากาศที่ห่อหุ้มอยู่โดยรอบให้ระเบิดออกไป ปรากฏเป็นปรากฏการณ์การระเบิดที่เรียกว่า มหานวดารา (Supernova) ความเร็วของสสารที่ระเบิดกระเด็นออกมาอาจสูงถึง 10000 กม./วินาที

         โดยปกติโอกาสเกิดมหานวดาราในดาราจักรหนึ่งมีได้ประมาณ 2 ถึง 3 ครั้งเท่านั้นในข่วงเวลา 100ปี ถ้ามหานวดาราเกิดจากดาวที่มีมวลมาก ความสว่างของมหานวดาราอาจเท่ากับความสว่างของดาราจักรทั้งอันที่อยู่ในยามปกติเลยทีเดียว

         สำหรับใจกลางดาวที่ได้กลายเป็นดาวนิวตรอนแล้วนั้น จะมีขนาดเล็กมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 10-30 กม. มีมวลและความหนาแน่นสูงมหาศาล มวลดาวนิวตรอนอาจมีค่าประมาณหนึ่งถึงสามเท่าของมวลดาวอาทิตย์ และความหนาแน่นที่ใจกลางอาจมีค่าประมาณ 3x1014 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

         ผู้อธิบายทฤษฎีกำเนิดดาวนิวตรอนเป็นครั้งแรกได้แก่ แอล.แลนดา (L.Landau) และ อาร์.จี.ออพแพนไฮเมอร์ (R.J.Oppenheimer) แต่ดาวนิวตรอนตามเหตุผลที่ได้อธิบายมานี้ ยังเป็นสมมติฐานอยู่นาน จนกระทั่งมีการค้นพบ พัลซาร์ (Pulsar) จึงพบว่าพัลซาร์ ก็คือ ดาวนิวตรอน นั่นเอง

SUPERNOVA รูปวงแหวน

         สำหรับสสารในบรรยากาศของดาวที่ระเบิดออก ขณะเกิดมหานวดาราจะประกอบด้วยอนุภาคและไอออนของก๊าซชนิดต่างๆ มากมาย รวมทั้งธาตุหนักเคลื่อนที่ออกสู่อวกาศ รอชุบชีวิตใหม่ให้แก่ดาวบางดวง หรือรอกำเนิดเป็นดาวรุ่นใหม่ต่อไป เพราะปัจจุบันนักดาราศาสตร์พบว่าดาวแคระขาวสามารถคืนชีพส่องสว่างได้ โดยรับมวลจากบรรยากาศของดาวยักษ์แดงซึ่งเป็นคู่ของมันโดยผ่านผิวละแกรงเกียน (Lagrangion Surface) ซึ่งภายในผิวนี้สสารจะปราศจากแรงโน้มถ่วงของดาวทั้งสอง (ที่ประกอบเป็นดาวคู่) กระทำ หรือดาวนิวตรอนก็เช่นกัน ลักษณะเช่นนี้ยังเกิดขึ้นอีกมากกับวัตถุท้องฟ้าต่างๆ ในเอกภพของเรา การค้นคว้าและวิจัยของนักดาราศาสตร์ต่อไปจะเป็นแนวทางการนำไปสู่การอธิบายว่าเอกภพของเรามีกำเนิดมาอย่างไร


25 / 09 /42

1