ความรู้ในสาขาวิชาวิทยาศาตร์

ลำดับตอนที่ #9 : ซูเปอร์โนวาเคปเลอร์

ค่ำคืนของวันที่ 9 ตุลาคม ปี 1604 ได้เกิดปรากฏการณ์แสงสว่างเจิดจ้าบนท้องฟ้าด้านทิศเหนือ ซึ่งดึงดูดความสนใจของนักดาราศาสตร์สมัยนั้น รวมทั้งโยฮันเนส เคปเลอร์ [Johannes Kepler ] นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ผู้ค้นพบกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์  เคปเลอร์คิดว่ามันคือดาวเกิดใหม่ เขาได้ติดตามศึกษาปรากฎการณ์นี้นานหนึ่งปี และเขียนหนังสือชื่อว่า  "De Stella Nova" [ดาวดวงใหม่] ล่วงมาถึงทศวรรษที่ 1940 นักดาราศาสตร์จึงรู้ว่ามันไม่ใช่ดาวเกิดใหม่อย่างที่เคปเลอร์เชื่อแต่เป็น "ซูเปอร์โนวา " [Supernova] และเพื่อเป็นเกียรติแก่เคปเลอร์ ซูเปอร์โนวานี้จึงมีชื่อว่าซูเปอร์โนวาเคปเลอร์

ซูเปอร์โนวาแคสซิโอเปีย A ถ่ายโดยกล้องอวกาศ
รังสีเอ็กซ์จันทรา นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าบริเวณ
ใจกลางกำลังกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ

       ซูเปอร์โนวาคือการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมากเมื่อมันหมดอายุขัย ดาวฤกษ์กำเนิดจากก๊าซไฮโดรเจนซึ่งมีมากที่สุดในจักรวาลคือประมาณ 98 เปอร์เซนต์ และฝุ่นผงมารวมตัวกันเป็นเนบิวลาอย่างเช่น เนบิวลาโอไรออน เมื่อก๊าซมีปริมาณมากขึ้นก็จะเกิดสนามแรงโน้มถ่วง ทำให้หดตัวเข้าสู่จุดศูนย์กลาง แรงโน้มถ่วงจะอัดอะตอมให้เสียดสีกันเกิดเป็นความร้อนทำให้เกิด ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน [Fusion Nuclear Reaction] เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมและแผ่รังสีในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ ความร้อนและแสงสว่าง ความร้อนที่เกิดจากกระบวนการนี้ทำให้เกิดความดันต่อต้านแรงโน้มถ่วงของดาวเอง ดาวฤกษ์จะอยู่ในสภาพนี้โดยไม่ยุบตัว จนกว่ามันจะเผาไฮโดรเจนหมดลงซึ่งทำความดันต้านแรงโน้มถ่วงไม่มีอีกต่อไป สำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์ ในขณะที่ยุบตัว แรงดันจากอีเลกตรอนจะต้านทานการยุบตัวของดาวได้ทำให้มันกลายเป็นดาวแคระขาว แต่ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากจะเกิดปฎิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นครั้งที่สอง โดยมีฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิงและหลอมให้เป็นธาตุหนักอื่นๆ คือ คาร์บอน ออกซิเจน ซิลิกอน เหล็ก ทองคำและยูเรเนียม แต่ปฎิกิริยานี้ไม่ปลดปล่อยพลังงานออกมา ดังนั้นดาวฤกษ์จะสูญเสียความร้อนและความดันที่ต้านแรงโน้มถ่วง ดาวก็จะยุบตัวลงเข้าสู่สภาวะความหนาแน่นที่สูงมากเป็นดาวนิวตรอน หรือหลุมดำ ในขณะที่ยุบตัวจะเกิดคลื่นกระแทก [Shock Wave] พุ่งสู่อวกาศเป็นวงรีด้วยความเร็วมากกว่า 22 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง [10,000กิโลเมตรต่อวินาที] นักดาราศาสตร์เปรียบว่ามันเหมือนคลื่นอวกาศทซึนามิ ที่กวาดก๊าซและฝุ่นอวกาศจนสว่างโชติช่วง ธาตุหนักบางธาตุจะถูกสาดกระจายออกสู่อวกาศ ปรากฎการณ์นี้เรียกว่า ซูเปอร์โนวา
      นักดาราศาสตร์แบ่งซูเปอร์โนวาเป็นสองชนิด 
          ชนิดแรกคือ  type Ia เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า1.4 เท่าของดวงอาทิตย์  
          ชนิดที่สองคือ  type II เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 6 เท่าของดวงอาทิตย์
      การศึกษาซูเปอร์โนวามีความสำคัญเพราะธาตุหนักอย่างเหล็กและที่หนักกว่าเช่น ทองคำและยูเรเนียมจะถูกสาดกระจายออกสู่อวกาศ ธาตุเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์อย่างโลก หรืออีกนัยหนึ่ง ซูเปอร์โนวาผลิตธาตุส่วนใหญ่ในจักรวาล รวมทั้งธาตุที่เป็นองค์ประกอบของมนุษย์ พืช และดาวเคราะห์ด้วย 
     ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ค้นพบซูเปอร์โนวาแล้วประมาณ 2,500 แห่ง ซูเปอร์โนวาเคปเลอร์เป็นหนึ่งในซูเปอร์โนวาที่นักล่าซูเปอร์โนวาให้ความสนใจ และโจทย์แรกที่ต้องการคำตอบคือมันเป็นซูเปอร์โนวาชนิดใด ซูเปอร์โนวาเคปเลอร์เพิ่งถูกศึกษาอย่างละเอียดโดยทีมนักดาราศาสตร์นำโดย  เรวี แซนคริต  และ วิลเลียม แบลร์   จากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกิ้น นักวิทยาศาสตร์ทีมนี้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งถ่ายภาพในช่วงคลื่นแสงสว่าง [Visible Light] กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ ซึ่งถ่ายภาพในช่วงคลื่นอินฟราเรด[Infrared] และกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์จันทรา ซึ่งถ่ายภาพในช่วงคลื่นรังสี เอ็กซ์ [X-Rays]  แซนคริตอธิบายว่า การศึกษาในหลายช่วงคลื่นมีความสำคัญมากต่อการเห็นภาพที่สมบูรณ์ของซากซุปเปอร์โนวาว่ามีวิวัฒนาการอย่างไร

ภาพซูเปอร์โนวาเคปเลอร์ซึ่งผสมผสานระหว่างภาพของกล้องอวกาศฮับเบิ้ล
กล้องอวกาศสปิตเซอร์และกล้องอวกาศจันทรา

ซูเปอร์โนวา SN 1987 A เห็นได้ด้วยตาเปล่าเมื่อ 
วันที่ 23 กุมภาพันธ์ 1987 ภาพนี้ถ่ายโดยกล้องอวกาศฮับเบิล 
เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน 2003        

     ภาพที่ผสมผสานระหว่างกล้องทั้งสามตัว เผยให้เห็นซากซุปเปอร์โนวาที่มีรูปทรงเหมือนฟองสบู่ ห่อหุ้มก๊าซและฝุ่นอยู่ มันมีความกว้างถึง 14 ปีแสง และกำลังขยายตัวในอัตราความเร็ว 6 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ขณะที่ธาตุเหล็กกำลังเคลื่อนที่เป็นวงด้วยความเร็วสูง ล้อมรอบด้วยคลื่นช้อคเวฟที่กำลังกวาดฝุ่นและก๊าซ นอกจากนั้นเครื่องมือของกล้องอวกาศสปิตเซอร์ ได้ให้ข้อมูลองค์ประกอบทางเคมีของเมฆก๊าซและฝุ่น ที่กำลังขยายตัวสู่อวกาศ ฝุ่นมีลักษณะคล้ายคลึงกับฝุ่นในเมฆก๊าซและฝุ่น ที่ก่อตัวเป็นดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ของระบบสุริยะ แบลร์มั่นใจว่าเมื่อวิเคราะห์ข้อมูลเสร็จเรียบร้อยแล้ว จะสามารถตอบคำถามหลายอย่างเกี่ยวกับวัตถุลึกลับนี้ได้
   ภาพจากกล้องฮับเบิลเแสดงให้เห็นบริเวณสีเหลือง ซึ่งคือบริเวณที่คลื่นช้อคเวฟชนกับบริเวณที่ก๊าซหนาแน่นที่สุด
และภาพจากกล้องอวกาศสปิตเซอร์แสดงให้เห็นบริเวณสีแดง ซึ่งคืออนุภาคฝุ่นที่ถูกทำให้ร้อนด้วยคลื่นช้อกเวฟ ส่วนภาพจากกล้องอวกาศจันทรา แสดงให้เห็นบริเวณสีน้ำเงิน ซึ่งก็คือก๊าซที่มีความร้อนสูงมาก หรืออนุภาคพลังงานสูงและสีเขียวคืออนุภาคพลังงานต่ำกว่า
       นอกจากซูเปอร์โนวาเคปเลอร์แล้ว ยังมีซูเปอร์โนวาอีกดวงหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจมาก นั่นคือซูเปอร์โนวา SN1987 A  ในเมฆแม็กเจลแลน ซึ่งเห็นได้ด้วยตาเปล่า เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ ปี 1987 มันเกิดจากการระเบิดของดาวยักษ์น้ำเงินซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 20 เท่า การระเบิดทำให้มีความสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 100 ล้านเท่า 
     ภาพซูเปอร์โนวา SN1987 A จากกล้องอวกาศฮับเบิลซึ่งถ่าย เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน ปี 2003  แสดงให้เห็นจุดสว่างรอบวงแหวนก๊าซคล้ายสร้อยไข่มุก จุดสว่างหรือไข่มุกนี้เกิดจากคลื่นช้อคเวฟ กระแทกวงแหวนด้วยความเร็วมากกว่าหนึ่งล้านไมล์ต่อชั่วโมง  การชนทำให้วงแหวนเกิดความร้อนและเรืองแสง ต่อมานักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบรังสีแกมมาที่เกิดจากธาตุกัมมันตภาพรังสีซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการหดตัวของดาวฤกษ์ การค้นพบนี้เป็นการยืนยันว่าซูเปอร์โนวาเป็นแหล่งผลิตธาตุหนักหลายชนิดที่พบบนโลก
    ซูเปอร์โนวาเคปเลอร์เกิดก่อนหน้าปี 1604  หนึ่งหมื่นสามพันปี เพราะมันอยู่ไกล 13,000 ปีแสง โดยแสงเพิ่งเดินทางมาถึงโลกเมื่อปี 1604  ซูเปอร์โนวาเคปเลอร์ เป็น 1 ใน 6 ของซูเปอร์โนวาในกาแล็กซีทางช้างเผือกและเป็นครั้งหลังสุดที่สังเกตุเห็นในรอบ 1,000 ปีเศษ นักดาราศาสตร์ประมาณว่าจะเกิดซูเปอร์โนวาในกาแล็กซีทางทางเผือกทุกๆ 100 ปี ทว่าเราไม่อาจเห็นได้ด้วยตาเปล่าเพราะฝุ่นบดบัง

โดย
บัณฑิต คงอินทร์