ดวงอาทิตย์ “เผาไหม้” หรือเปล่า ?

ต้องเล่าย้อนไปตอนกำเนิดดวงอาทิตย์ครับ

การกำเนิดของดาวฤกษ์ก็คือจะเป็นกลุ่มก๊าซ Hydrogen ที่มีอาณาบริเวณกว้างถึงหลายสิบไปจนถึงหลักร้อยปีแสง ในส่วนนี้จะเรียกว่า “Nebula” ก๊าซ Hydrogen เหล่านี้ก็จะค่อย ๆ ยุบตัวลงมาเรื่อย ๆ และขณะที่ยุบตัวก็จะเกิดความโน้มถ่วงทำให้ยุบเร็วขึ้นและแรงขึ้น …. จนในที่สุดก็บีบอัดกันจนเกิดเป็นปฏิกิริยา Nuclear fusion ครับ

และเมื่อดาวฤกษ์กำเนิดแล้วลักษณะจะเป็นในภาพด้านล่างนี้ ก็คือที่แกนกลาง (Core) จะมีปฏิกิริยา Nuclear fusion ของ Hydrogen ปล่อยพลังงานออกมามหาศาล ปฏิกิริยา Nuclear fusion นี้จะเกิดได้อย่างต่อเนื่องนานถึงหลายพันล้านปี (แล้วแต่ชนิดดาวฤกษ์นั้นๆ ) อย่างดวงอาทิตย์ของเราก็อยู่ได้นานในหลัก 7,000 – 8,000 ล้านปี จนกว่าปฏิกริยา Nuclear fusion จะหมดลง และดวงอาทิตย์ก็จะหมดอายุขัย

มีคำศัพท์ภาษาไทยที่ใช้กันมานานแล้วแต่ไม่ถูกต้องนักก็คือดวงอาทิตย์ “เผาไหม้” จริง ๆ แล้วดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ทุกประเภทไม่ได้เผาไหม้ (Combustion) แบบการเผากระดาษเผาไม้หรือเผานมันเชื้อเพลิงอื่น ๆ แต่ในดวงอาทิตย์จะเป็นการเกิดปฏิกิริยา Nuclear fusion


ปฏิกิริยา Nuclear fusion นายดวงอาทิตย์เป็นสิ่งมหัศจรรย์มาก เพราะมันเกิดอย่างต่อเนื่องนานมาเกือบ 5,000 ล้านปีแล้ว และจะมีต่อไปอีกประมาณ 3,000 ล้านปี …. ถ้าเทียบกับปฏิกิริยา Nuclear fusion แบบที่มนุษย์ทำได้บนโลกก็คือระเบิด Nuclear fusion อย่างในคลิปนี้ (เป็นภาพจำลอง) การระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ในคลิปนี้ ปฏิกิริยา Nuclear fusion จะเกิดขึ้นนานเพียง 0.01 วินาทีเท่านั้นครับ เทียบกับดวงอาทิตย์ซึ่งเกิดขึ้นนานมา 5,000 ล้านปีอย่างต่อเนื่องจึงเป็นเรื่องที่น่าทึ่งเกินจินตนาการ ที่มันเป็นเช่นนี้ได้เพราะว่าปริมาณ Hydrogen ในดวงอาทิตย์มีมหาศาลมาก  หากเทียบกันแล้วปริมาณของเชื้อเพลิง Hydrogen ในระเบิดนิวเคลียร์ที่เรียกว่า “Deuterium” มีปริมาณแค่ 60 – 200 กิโลกรัม  แต่ในดวงอาทิตย์มี Hydrogen มากถึง 2 × 1030 กิโลกรัม

การกำเนิดของดาวฤกษ์และระบบสุริยะ

ดาวฤกษ์จะเกิดขึ้นมาได้จากใน Nebula ที่มีความหนาแน่นของ Hydrogen สูง  เรียกว่าย่าน H-II region ครับ  การกำเนิดจะเริ่มจาก ….
1. กลุ่มแก้ส Hydrogen  และ ฝุ่นที่เป็นละอองธาตุหนักต่าง ๆ เริ่มก่อตัวเข้ามาใกล้กัน
2. กลุ่มแก้ส + ฝุ่น  เริ่มเกาะตัวกันจนมีความหนาแน่นมากขึ้นเรื่อย ๆ  และอุณหภูมิก็จะสูงมากขึ้นด้วย
3. กลุ่มแก้ส + ฝุ่น  เริ่มเคลื่อนที่หมุนวนเร็วมากขึ้นเรื่อย ๆ  อุณหภูมิก็สูงขึ้นมาก …. และต่อไปก็มีการรวมตัวของแก้สจนหนาแน่นมาก  และหมุนวนจนมีความร้อนสูงพลังงานสูงจนในที่สุดก็เกิดการ “ยุบตัว” (Collapse) จนแกนกลางที่มีแต่ Hydrogen นั้นร้อนมากความกดดันสูงมากจนเกิดเป็นปฏิกิริยา fusion ครับ ….. จุดนี้เอง เรียกว่า Proto Star

กระบวนการตั้งแต่ข้อ 1. – 3.  จะใช้เวลาประมาณ 100,000 ปี ++

4. เมื่อ Proto star เกิดขึ้นแล้ว  พวกฝุ่นละอองของธาตุหนักก็จะกระจายตัวออกไปรอบ ๆ ดาวฤกษ์เกิดใหม่ดวงนั้นเป็นลักษณะของแผ่นจานมวลสาร  เรียกว่า Protoplanetary disc
5. และสุดท้าย …. ผงฝุ่นที่เป็นธาตุหนักใน protoplanetary disc  ก็จะรวมตัวกันกลายเป็นดาวเคราะห์ทั้งหลายแบบ ดาวพุธ  ดาวศุกร์  โลก …. และดวงอื่น ๆ

หลุมดำ (Black hole)

หลุมดำ คือวัตถุอวกาศอย่างหนึ่งที่เรารู้จักกันมานานมากแล้ว ตรวจสอบและตรวจจับได้กล้องโทรทรรศน์ได้จริง แต่เรายังไม่รู้ลึกซึ้งถึงแก่นกลางมันว่าคืออะไร

หลุมดำนั้นถ้าแบ่งตามขนาดของมวลจะมี 2 แบบครับ

1. Supermassive black hole (SMBH) แบบแรกนี้คือหลุมดำมวลยิ่งยวด มันก็คือหลุมดำที่มีมวลในหลักล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์  อย่างแกแล็กซี่ทางช้างเผือกของเราก็มี SMBH อยู่ที่ใจกลางมวลประมาณ 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ และในแกแลคซี่อื่นที่มีขนาดใหญ่มวลของหลุมดำชนิด SMBH นี้ที่อยู่ตรงกลางแกแลคซี่นั้นมันก็ไปได้มากจนถึงหลายพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์  เช่น TON 618 มีมวลมากถึง 4 หมื่นล้านเท่าของดวงอาทิตย์

Supermassive black holeหากเราเข้าไปใกล้มันก็จะเห็นภาพในลักษณะเช่นนี้ครับ ก็คือจะมีหลุมดำเป็นวงกลมสีดำอยู่ตรงกลาง และจะมีแผ่นจานมวลสารซึ่งเกิดจากมวลสารโคจรรอบหลุมดำด้วยความเร็วสูงจัดจนร้อนมีแสงสว่างออกมาเป็นจานลักษณะนี้


2. Stellar-mass black hole  หลุมดำประเภทนี้ก็ตามชื่อที่บอกครับ มันเป็นหลุมดำที่มีมวลขนาดแค่ดาวฤกษ์ดวงใหญ่ทั่วไป มวลของมันก็อยู่ในช่วงประมาณ 30 – 80 เท่าของดวงอาทิตย์  หลุมดำชนิดนี้กำเนิดได้โดยการจบชีวิตของดาวฤกษ์มวลมาก เมื่อดาวฤกษ์มวลมากที่มีมวลประมาณ 10 เท่าของดวงอาทิตย์ขึ้นไประเบิดกลายเป็น Supernova …. สิ่งสุดท้ายที่เหลือหลังจาก Supernova แล้วก็คือหลุมดำประเภทนี้ครับ หลุมดำประเภทนี้จะล่องลอยอยู่ทั่วแกแล็กซี่ตรงไหนก็ได้โดยไม่ได้อยู่กลางแกแลคซี่เลย

Stellar-mass black hole  หากเราเข้าไปใกล้มันก็จะเห็นภาพประมาณนี้ ก็คือมีวงกลมสีดำตรงกลาง และจะมีการบิดเบือนของเลนส์ความโน้มถ่วง (Gravitational lensing) โดยรอบส่วนที่เป็นหลุมดำ โดยที่จะไม่มีจานมวลสารโคจรแบบสว่างจ้าโดยรอบเหมือน Supermassive black hole ครับ