หลุมดำ (Black Hole)

ลำดับตอนที่ #17 : ดาวนิวตรอน

ในกรณีที่ดาวมีมวลมากกว่า..Chandrasekhar..limit..แรงจากอิเลคตรอนจะไม่สามารถยับยั้งการยุบตัวของดาวได้อีก ดาวจะยุบตัวลงจนอัดนิวเคลียสของอะตอมต่างๆเข้าใกล้กัน เกิดเป็นวัตถุท้องฟ้าชนิดใหม่ ที่ประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอน หรือที่รู้จักกันในชื่อ " ดาวนิวตรอน "

ในทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์นั้นนิวเคลียสของธาตุต่างๆประกอบด้วยอนุภาคสองชนิดคือโปรตอนและนิวตรอน ที่น่าสนใจคือเจ้าอนุภาคทั้งสองนี่มีนิสัยไม่ชอบอยู่ใกล้ๆกันเหมือนอิเลคตรอน ดังนั้นเมื่อถูกอัดให้ใกล้กันมากๆมันก็จะเกิดแรงผลักกันเกิดเป็น degeneracy pressure เช่นเดียวกับกรณีของอิเลกตรอนในดาวแคระขาว แต่ที่น่าสงสัยยิ่งไปกว่านั้นคือ อนุภาคโปรตอนหายไปใหน ทำไมดาวทั้งดวงจึงมีแต่นิวตรอน??? โดยธรรมชาติ นิวตรอน สามารถสลายตัวให้ โปรตอน อิเลกตรอน กับ นิวตริโน (neutrino)ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Beta-Decay process ซึ่งเป็นการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีซึ่งให้อนุภาคเบต้า (อนุภาคเบต้า ก็คืออิเลกตรอนนั่นเอง) แต่ในดาวนิวตรอนนั้นมีความดันสูงมากจึงทำให้เกิดปฎิกริยาย้อนกลับที่เรียกกันว่าปรากฏการณ์ Inverse Beta decay คืออิเลคตรอนรวมกับโปรตอน เกิดเป็นนิวตรอนและ นิวตริโน ในสภาพปกติ นิวตรอน และ นิวตริโน ที่เกิดขึ้น จะรวมตัวกลับไปเป็นโปรตอนดังเดิมแต่เนื่องจากนิวตริโนมีพลังงานสูง และเคลื่อนที่ด้วยอัตตราเร็วเกือบๆเท่าแสง มันจึงหนีออกจากดาวหมด ปฎิกริยาย้อนกลับจึงเกิดได้ไม่สมบรูณ์ เป็นสาเหตุให้โปรตอนถูกใช้หมดไป ดาวทั้งดวงจึงเหลือแต่นิวตรอนในที่สุด
จากการศึกษาโดยนักฟิสิกส์หลายท่านพบว่าถ้าดาวมีมวลมากกว่า 3 เท่า ของดวงอาทิตย์แล้วละก็จะไม่มีสิ่งใดสามารถหยุดยั้งการยุบตัวของดาวได้ แม้แต่แรงต้านจากนิวตรอน ดวงดาวจะยุบตัวลงเรื่อยๆ จนกระทั้งกลายเป็นวัตถุประหลาด ที่มีแรงดึงดูดมากมายมหาศาล ขนาดที่ไม่มีสิ่งใดจะหลุดรอดออกมาได้หากพลัดหลงเข้าไปเจ้าวัตถุที่ว่านั้นก็คือ "หลุมดำ" นั่นเอง ส่วนเหตุผลที่ว่าอะไรทำให้หลุมดำมีแรงดึงดูดมหาศาลนั้น เราจะคุยกันในบทต่อไป