นักดาราศาสตร์พบซูเปอร์โนวาเก่าแก่หมื่นล้านปี ชี้เป็นแหล่งแร่เหล็กบนโลก

ไหนๆ วันก่อนก็เสนอข่าวเกี่ยวกับซูเปอร์โนวาไปแล้ว วันนี้ขอขุดข่าวเก่าซักหน่อยมาเล่าด้วยเลยละกันนะครับ

ระบบสุริยะของเรามีอายุมาได้ประมาณห้าพันล้านปีแล้ว ซึ่งนับได้ว่าเป็นดาวฤกษ์รุ่นที่สอง นั่นก็เพราะว่าระบบสุริยะเราอุดมไปด้วยธาตุหนัก อย่างเช่นเหล็ก ซึ่งเป็นมรดกตกทอดมาจากโรงงานผลิตแร่ธาตุในยุคแรกนั่นเอง

ด้วยความสามารถในการมองวัตถุที่แทบจะมืดสนิทของหอดูดาว Subaru ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถมองลึกเข้าไปในอดีตได้ และพวกเค้าพบซูเปอร์โนวาของดาวฤกษ์ยุคแรกที่เก่าแก่กว่าหมื่นล้านปี นี่ทำให้นักดาราศาสตร์มั่นใจว่า ซูเปอร์โนวาเก่าแก่เหล่านี้ คือที่มาของเหล็กในเอกภพของเราทุกวันนี้ครับ

ที่มา: ScienceDaily

หลายคนอาจสงสัยว่าทำไมดาวฤกษ์ถึงได้ชื่อว่าโรงงานผลิตแร่ธาตุ? อธิบายง่ายๆ ว่าเมื่อธาตุต่างๆ มาอยู่ใกล้กัน (ธาตุส่วนมากคือ H) จะเกิด 2 สิ่งที่อาจจะดูขัดแย้งกันก็คือ ความร้อน (พยายามหนีห่างออกจากกัน) และแรงดึงดูด (พยายามดึงมวลมาเพิ่ม) ในยกแรกๆ แรงดึงดูดจะชนะและทำให้บริเวณนั้นมี H มากขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อถึงจุดหนึ่ง แรงดึงดูดจะทำการหลอม He ขึ้นมาจาก H (ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน) ดังนี้

\(\begin{align}
&\text{}_{1}^{1}\text{H}+\text{}_{1}^{1}\text{H}\rightarrow\text{}_{1}^{2}\text{H}+ e^{+}+ v_{ e}\\
&\text{}_{1}^{2}\text{H}+\text{}_{1}^{1}\text{H}\rightarrow\text{}_{2}^{3}\text{He}+\gamma\\
&\text{}_{2}^{3}\text{He}+\text{}_{2}^{3}\text{He}\rightarrow\text{}_{2}^{4}\text{He}+2\text{}_{1}^{1}\text{H}
\end{align}
\)

เมื่อกระบวนการนี้เสร็จสิ้น มันจะปล่อยพลังงานออกมา ตอนนี้แหละที่เราเรียกกลุ่มก้อนมวลนี้ได้เต็มปากเต็มคำว่าดาวฤกษ์ ตอนนี้ดาวฤกษ์จะหยุดยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของมัน เพราะพลังงานที่เกิดขึ้นนี้ทำหน้าที่คอยเป่าธาตุต่างๆ ออกไป (และมันสมดุลพอดีกับแรงโน้มถ่วง)

แน่นอนว่าไม่มีอะไรอยู่ยงค้ำฟ้า เมื่อถึงตอนที่แกนกลางร้อนๆ ของดาวฤกษ์ใช้ธาตุ H หมด ดาวฤกษ์จะกลับมายุบตัวและมีอุณหภูมิสูงขึ้นอีกครั้ง จนกว่าจะสามารถหลอม He เป็นธาตุที่หนักขึ้นไปได้ และพอ He ที่แกนกลางหมด ก็จะเกิดเหตุการณ์ทำนองเดียวกันนี้วนไปวนมาเรื่อยๆ จนกระทั่งถึง Fe (เหล็ก) นั่นก็เพราะว่าการหลอม Fe ให้เป็นธาตุที่สูงกว่านี้ไม่ได้ปล่อยพลังงานกลับออกมาแล้ว ดังที่จะเห็นได้จากกราฟพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนนี้

คราวนี้ดาวฤกษ์จะยุบตัวลงอย่างรุนแรง จนแกนกลางหนาแน่นสูงมาก จนถึงขั้นนิวเคลียสอะตอมเล็กๆ ขยับไปไหนไม่ได้เลยทีเดียว ตอนนี้เองที่เกิดการระเบิดรุนแรง ที่เราเรียกกันว่าซูเปอร์โนวาครับ ส่วนแกนกลาง ถ้าไม่เป็นดาวนิวตรอน ก็ยุบหายไปกลายเป็นหลุมดำนั่นเอง

นอกจากนี้ ดาวฤกษ์ที่เพิ่งตายก็ไม่ทิ้งลายซะทีเดียว เพราะด้วยความแรงอย่างสุดขีดของซูเปอร์โนวานั้น ทำให้ธาตุที่โดนแรงระเบิดอัดสามารถฟิวชันเป็นธาตุที่หนักยิ่งขึ้นไปได้อีก อย่างเช่น Au (ทองคำ) ที่เราคาดว่ามันอาจตกลงมาบนโลกเมื่อนานมาแล้ว

หมายเหตุ ดาวฤกษ์ที่มวลน้อยๆ บางดวงก็หลอมแกนกลางได้ไม่ถึงธาตุ Fe นะครับ หมดแรงกลางทาง ไม่ทันได้ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาก็กลายเป็นดาวเคระห์ขาวธรรมดาไปซะก่อน