เอกภพความลึกลับบางอย่างถูกเผยออก
เอกภพความลึกลับบางอย่างถูกเผยออก
เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 1054 หยาง เว๋ ตี้ เขม้นดูท้องฟ้ายามเช้าตรู่. ในฐานะขุนนางนักดาราศาสตร์ของจักรพรรดิประเทศจีน เขาสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวต่าง ๆ อย่างถ้วนถี่ ในทันทีทันใดนั้นแสงสว่างสุกใสใกล้กับกลุ่มดาวนายพรานสะดุดตาเขา.
“ดาวอาคันตุกะ”—เป็นชื่อที่ชาวจีนโบราณเรียกอุบัติการณ์ที่หาดูได้ยากนั้น—ได้ปรากฏโฉม. หลังจากทูลรายงานต่อจักรพรรดิตามหน้าที่อันพึงปฏิบัติแล้ว หยางได้สังเกตว่า “ดาวอาคันตุกะ” มีประกายแสงสุกใสจนกลบแสงดาวศุกร์ และสามารถมองเห็นได้ในยามตะวันแจ้งเป็นเวลาหลายสัปดาห์.
เวลาผ่านไปเก้าร้อยปีก่อนที่จะอธิบายปรากฏการณ์ครั้งนั้นได้. บัดนี้เชื่อกันว่านักดาราศาสตร์ชาวจีนได้เห็นซูเปอร์โนวา คือดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ระเบิดตัวเองจนถึงกาลอวสาน. เหตุผลและสาเหตุของปรากฏการณ์อันพิสดารเช่นนั้นเป็นข้อลึกลับบางอย่างที่นักดาราศาสตร์พยายามจะไขออก. จากนี้เป็นคำอธิบายอย่างหนึ่งที่นักดาราศาสตร์พยายามเรียบเรียงขึ้นมาด้วยความบากบั่นพากเพียร.
ถึงแม้ว่าดาวฤกษ์เช่นดวงอาทิตย์ของเราอาจจะมีอายุยืนยาวมั่นคงอย่างล้นเหลือ กระนั้นการเกิดและการดับของดาวฤกษ์ก็ทำให้เกิดภาพที่ตระการตาอย่างยิ่งในท้องฟ้า. นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่า เรื่องราวชีวิตของดวงดาวเริ่มต้นภายในเนบิวลา.
เนบิวลา. ชื่อของกลุ่มเมฆ ประกอบด้วยก๊าซและฝุ่นระหว่างดวงดาว. เนบิวลาอยู่ในกลุ่มวัตถุที่สวยงามที่สุดในท้องฟ้ายามค่ำคืน. เนบิวลาที่เห็นบนหน้าปกวารสารฉบับนี้เรียกว่า ทรีฟิด เนบิวลา (หรือเนบิวลาซึ่งมีรอยผ่าสามแนว). ภายในเนบิวลานี้ ดาวดวงใหม่ ๆ ถือกำเนิดขึ้นมา ซึ่งเป็นเหตุให้เนบิวลาเรืองแสงสีแดง.
ดูเหมือนว่า ดวงดาวก่อตัวขึ้นภายในเนบิวลา เมื่อวัตถุธาตุที่พุ่งกระจายอยู่รวมตัวอัดแน่นเข้ามาภายใต้แรงโน้มถ่วงกลายเป็นกลุ่มก๊าซที่หดตัว. กลุ่มก๊าซมหึมาเหล่านี้จะเข้าสู่สภาวะคงที่ เมื่ออุณหภูมิถึงระดับที่ปฏิกิริยานิวเคลียร์เริ่มเกิดในใจกลางกลุ่มเมฆนั้น ป้องกันมิให้เกิดการหดตัวต่อไป. โดยวิธีนี้ดวงดาวก็เกิดขึ้น บ่อยครั้งเกิดขึ้นร่วมกับดวงดาวอื่น ๆ ซึ่งประกอบกันเป็นกลุ่มดาว.
กระจุกดาว. ในภาพถ่ายหน้า 8 เราเห็นกลุ่มดาวเล็ก ๆ เรียกว่า กล่องอัญมณี เข้าใจกันว่าเกิดขึ้นไม่กี่ล้านปีมานี้. ชื่อตั้งขึ้นจากการพรรณนาให้เห็นภาพชัดเจนของจอห์น เฮอร์เซล นักดาราศาสตร์ศตวรรษที่ 19 ที่พรรณนาว่าเหมือน “หีบบรรจุอัญมณีหลากสีสัน.” เฉพาะกาแล็กซีของเราเพียงแห่งเดียวเป็นที่รู้กันว่ามีกระจุกดาวที่คล้ายคลึงกันนี้กว่าพันกระจุก.
พลังงานของดวงดาว. ดวงดาวที่เพิ่งเกิด หรือก่อตัวขึ้น จะเข้าสู่สภาวะคงที่เมื่อเตานิวเคลียร์จุดระเบิดขึ้นภายใน. เริ่มเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม ด้วยขบวนการรวมตัว ทำนองเดียวกับที่เกิดขึ้นในระเบิดไฮโดรเจน. มวลของดาวที่เห็นกันอยู่เช่น ดวงอาทิตย์ มีมากจนอาจจะเผาผลาญเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้นานหลายพันล้านปีโดยไม่หมด.
แต่เมื่อดวงดาวนั้นใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนหมดไปแล้วจะเป็นอย่างไร? แกนใจกลางก็หดตัว และอุณหภูมิสูงขึ้นขณะที่ดาวใช้โฮโดรเจนในบริเวณส่วนกลางจนหมด. ระหว่างนั้น เนื้อที่บริเวณผิวนอกซึ่งซ้อนกันอยู่เป็นชั้น ๆ จะขยายตัวอย่างขนานใหญ่ ทำให้เส้นรัศมีเพิ่มขึ้น 50 เท่าหรือกว่านั้น และดวงดาวก็กลายเป็นดาวยักษ์แดง (red giant).
ดาวยักษ์แดง. ดาวยักษ์แดงคือดวงดาวซึ่งมีอุณหภูมิบริเวณพื้นผิวโดยเทียบเคียงแล้วน้อยกว่า ฉะนั้น จึงดูมีสีแดงแทนที่จะเป็นสีขาวหรือสีเหลือง. วัฏภาคนี้ของดวงดาวค่อนข้างสั้น และจะจบสิ้น—เมื่อฮีเลียมส่วนใหญ่หมด—ด้วยปรากฏการณ์ไม่ผิดอะไรกับเทศกาลจุดดอกไม้ไฟในท้องฟ้า. ดวงดาวซึ่งยังคงเผาผลาญฮีเลียมอยู่ ผลักดันส่วนที่เป็นผิวด้านนอกให้หลุดออก ซึ่งประกอบเป็นดาวเคราะห์เนบิวลาสุกใส เนื่องจากได้รับพลังงานจากดาวแม่. ในที่สุด ดวงดาวจะหดตัวอย่างผิดสังเกต กลายเป็นดาวแคระขาวที่มีแสงสลัว.
อย่างไรก็ดี ถ้าหากในตอนเริ่มต้นดวงดาวนี้มีขนาดใหญ่เพียงพอ ผลสุดท้ายดาวจะระเบิดเอง. เรียกว่าซูเปอร์โนวา.
ซูเปอร์โนวา. ซูเปอร์โนวา คือการระเบิดซึ่งเป็นจุดอวสานของดวงดาวที่เดิมมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์มากนัก. ฝุ่นและก๊าซปริมาณมหาศาลถูกพ่นออกมาในอวกาศด้วยคลื่นกระแทกอย่างรุนแรงที่ความเร็วกว่า 10,000 กิโลเมตรต่อวินาที. แสงอันแรงกล้าจากการระเบิดนี้สว่างมากจนกลบแสงของดวงอาทิตย์พันล้านดวง ปรากฏดุจเพชรวาววับในท้องฟ้า. พลังงานที่ขับออกมาในการระเบิดของซูเปอร์โนวาครั้งเดียวเทียบได้กับพลังงานทั้งสิ้นที่ดวงอาทิตย์แผ่ออกในเก้าพันล้านปี.
เก้าร้อยปีหลังจากที่หยางได้สังเกตเห็นซูเปอร์โนวาในครั้งนั้น นักดาราศาสตร์ยังคงเห็นเศษชิ้นส่วนจากการระเบิดนั้น เป็นโครงสร้างที่เรียกว่า แครบ เนบิวลา. แต่มีบางสิ่งนอกเหนือจากเนบิวลาที่ยังคงเหลืออยู่. ณ จุดศูนย์กลางของมัน ได้มีการค้นพบสิ่งอื่น—คือวัตถุขนาดจิ๋วหมุนด้วยความเร็ว 33 รอบต่อวินาที เรียกว่าพัลซาร์.
พัลซาร์และดาวนิวตรอน. เข้าใจกันว่าพัลซาร์คือวัตถุที่มีความหนาแน่นมาก เป็นแกนกลางที่หมุนอยู่ของสสารที่เหลือจากการระเบิดแบบซูเปอร์โนวาของดาวดวงหนึ่ง ซึ่งมีขนาดประมาณไม่เกินสามเท่าของดวงอาทิตย์. เนื่องจากขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางไม่ถึง 30 กิโลเมตร กล้องโทรทรรศน์เชิงแสงจึงจับภาพได้นาน ๆ สักครั้งหนึ่ง. แต่สามารถค้นพบได้โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ซึ่งจับสัญญาณวิทยุที่ส่งออกมาเนื่องจากการหมุนเร็วของมัน. ลำคลื่นวิทยุหมุนไปพร้อมกับดาว ดุจดังลำแสงของประภาคาร ปรากฏเป็นจังหวะ (พัลส์) ในสายตาของผู้เฝ้าดู จึงได้ชื่อว่าพัลซาร์. มีการเรียกพัลซาร์เป็นดาวนิวตรอนด้วย เพราะส่วนใหญ่แล้วประกอบด้วยนิวตรอนอัดแน่นมาก. นี้เป็นเหตุของความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อของดาวเหล่านี้—กว่าร้อยล้านตันต่อลูกบาศก์เซ็นติเมตร.
แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าดวงดาวใหญ่มหึมาเข้าสู่ขั้นซูเปอร์โนวา? ตามการคำนวณของนักดาราศาสตร์ แกนกลางของมันจะยุบลงเรื่อย ๆ จนเลยขั้นที่จะเป็นดาวนิวตรอน. ตามทฤษฎีแล้ว แรงโน้มถ่วงจะกดแกนกลางของมันอย่างรุนแรงจนคงจะเกิดสิ่งที่เขาเรียกกันว่าหลุมดำ.
หลุมดำ. กล่าวกันว่ามันเปรียบเหมือนวังวนแห่งจักรวาลขนาดมหึมา ซึ่งไม่มีสิ่งใดหลุดรอดออกมาได้. ความดึงดูดของแรงโน้มถ่วงสู่ภายในทรงพลังสูงจนทั้งแสงและวัตถุซึ่งอาจถลำตัวเข้าใกล้เกินไปจะถูกดูดกลืนเข้าไปอย่างไร้ความปรานี.
ไม่เคยมีใครเห็นหลุมดำโดยตรง—ตามความหมายของชื่อก็เป็นไปไม่ได้อยู่แล้ว—ถึงแม้ว่านักฟิสิกส์หวังจะแสดงให้เห็นว่ามันมีอยู่โดยดูจากผลกระทบต่อวัตถุข้างเคียง. อาจต้องใช้เทคนิคใหม่ในการสังเกตเพื่อไขความลับเรื่องนี้โดยเฉพาะ.
ความลึกลับของกาแล็กซี
กาแล็กซี คือกลุ่มของวัตถุในจักรวาลประกอบด้วยดาวหลายพันล้านดวง. เมื่อปี 1920 ได้ค้นพบว่าดวงอาทิตย์มิใช่ศูนย์กลางแห่งกาแล็กซีของเราดังที่เคยสันนิษฐานกัน. ไม่นานหลังจากนั้น กล้องโทรทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูงเผยให้เห็นกลุ่มกาแล็กซีอื่นมากมาย และมนุษย์เริ่มเข้าใจความยิ่งใหญ่มหึมาของเอกภพ.
ประดุจริ้วลวดลายบนผืนผ้าม่านท่ามกลางเมฆที่เราเรียกว่าทางช้างเผือกนั้น แท้จริงเป็นทิวทัศน์บริเวณรอบนอกกาแล็กซีของเราเอง. ถ้าเราสามารถมองเห็นได้จากระยะไกล จะดูคล้ายกับกังหันกระดาษขนาดยักษ์. มีการเปรียบรูปร่างคล้ายไข่ดาวสองฟองด้านหลังประกบกัน แต่แน่ละในมาตราส่วนที่ใหญ่กว่าอย่างลิบลับ. หากเดินทางด้วยความเร็วเท่าแสงจะใช้เวลา 100,000 ปีจึงจะข้ามกาแล็กซีกลุ่มนี้ไปได้. ดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ในตำแหน่งขอบชั้นนอกของกลุ่มกาแล็กซีนี้ ใช้เวลา 200 ล้านปีเพื่อจะโคจรรอบศูนย์กลางกาแล็กซีได้ครบรอบ.
กาแล็กซีก็เช่นเดียวกับดวงดาว ยังคงเก็บงำความลับหลายอย่างซึ่งเย้ายวนใจพวกนักวิทยาศาสตร์เป็นอย่างยิ่ง.
ควาซาร์. ในช่วงทศวรรษปี 1960 จับสัญญาณวิทยุได้จากวัตถุซึ่งอยู่ไกลโพ้น เกินกลุ่มกาแล็กซีในละแวกใกล้เคียง. เรียกกันว่า ควาซาร์—เป็นคำย่อของคำ “quasi-stellar radio sources”—เนื่องจากมีลักษณะคล้ายคลึงกับดวงดาว. แต่นักดาราศาสตร์รู้สึกฉงนสนเท่ห์ใจต่อปริมาณพลังงานอย่างเหลือเฟือที่ควาซาร์แผ่ออกมา. มีควาซาร์หนึ่งที่ให้แสงสว่างมากกว่าธรรมดาคือให้ความสว่างหมื่นเท่าของทางช้างเผือก และควาซาร์ที่อยู่ใกล้ที่สุดเท่าที่ได้พบ ก็ห่างออกไปหมื่นล้านปีแสง.
หลังจากศึกษาอย่างหนักตลอดสองทศวรรษ นักดาราศาสตร์ได้ลงความเห็นว่า ควาซาร์ที่อยู่ห่างไกลเหล่านี้เป็นส่วนใจกลางที่มีกัมมันต์ของกลุ่มกาแล็กซีที่อยู่ไกลโพ้น. แต่เกิดอะไรขึ้นในส่วนใจกลางของกลุ่มกาแล็กซีเหล่านี้ที่ทำให้เกิดพลังงานขนาดมหึมาเช่นนั้น? นักวิทยาศาสตร์บางคนให้ความเห็นว่าพลังงานแผ่ออกมาโดยขบวนการทางความโน้มถ่วงแทนที่จะเป็นโดยการรวมตัวของนิวเคลียร์เช่นในดวงดาว. ทฤษฎีในปัจจุบันโยงควาซาร์เข้ากับหลุมดำขนาดมหึมา. ทฤษฎีนี้จะถูกต้องหรือไม่ ยังคงเป็นเรื่องไม่แน่นอนในปัจจุบัน.
ควาซาร์ และหลุมดำ เป็นเพียงสองประการในปริศนามากมายซึ่งยังจะต้องมีข้อไข. อันที่จริง ความลี้ลับบางอย่างของเอกภพอาจจะเหลือความเข้าใจของเราตลอดไปก็ได้. กระนั้น ความลึกลับซึ่งได้ไขออกมาแล้วย่อมสอนเราถึงบทเรียนอันลึกซึ้งบางอย่าง บทเรียนซึ่งมีผลกระทบไกลเกินกว่าขอบเขตของดาราศาสตร์.
[รูปภาพหน้า 7]
กาแล็กซี เอ็ม 83 ที่มีลักษณะเป็นเกลียว
[ที่มาของภาพ]
Photo: D.F. Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board
[รูปภาพหน้า 8]
กล่องอัญมณี
[ที่มาของภาพ]
Photo: D.F. Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board
กระจุกดาวเปิด เปดีสในเตารุส เอ็ม 45
เนบิวลานายพราน โดยมีเนบิวลาหัวม้าสอดในภาพ
[ที่มาของภาพ]
Photo: D.F. Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board