เนบิวลา

เนบิวลา


ดาวเกิดจากการรวมตัวของฝุ่นและก๊าซในอวกาศ (Interstellar medium)  เมื่อมีมวล มวลมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกันตามกฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพ (The Law of Universal) ของนิวตันที่มีสูตรว่า F = G (m1m2/r2) แรงดึงดูดแปรผันตามมวล มวลยิ่งมากแรงดึงดูดยิ่งมาก เราเรียกกลุ่มแก๊สและฝุ่นซึ่งรวมตัวกันในอวกาศว่า “เนบิวลา” (Nebula) หรือ “หมอกเพลิง” เนบิวลาเป็นกลุ่มก๊าซที่มีขนาดใหญ่หลายปีแสง แต่มีความหนาแน่นต่ำมาก องค์ประกอบหลักของเนบิวลาคือก๊าซไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีโครงสร้างพื้นฐานเรียบง่าย คือมีโปรตรอนและอีเล็คตรอนอย่างละหนึ่ง จึงเป็นธาตุตั้งต้นของทุกสรรพสิ่งในจักรวาล 

เนบิวลามีอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากไม่มีแหล่งกำเนิดความร้อน ในบริเวณที่ก๊าซมีความหนาแน่นสูง อะตอมจะยึดติดกันเป็นโมเลกุล ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงดึงดูดก๊าซจากบริเวณโดยรอบมารวมกัน ทำให้มีความหนาแน่นและมวลเพิ่มขึ้นอีก จนกระทั่งอุณหภูมิภายในสูงถึง 10 เคลวิน   มวลที่เพิ่มขึ้นทำให้พลังงานศักย์โน้มถ่วงของแต่ละโมเลกุลที่ตกเข้ามายังศูนย์กลางของกลุ่มก๊าซ เปลี่ยนรูปเป็นพลังงานความร้อน และแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา 

ต่อมาเมื่อกลุ่มก๊าซมีความหนาแน่นสูงขึ้นจนความร้อนภายในไม่สามารถแผ่ออกมาได้ อุณหภูมิภายในแกนกลางจึงสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว  มวลของก๊าซมีแรงโน้มถ่วงสูงจนเอาชนะแรงดันซึ่งเกิดจากการขยายตัวของก๊าซร้อน กลุ่มก๊าซจึงยุบตัวเข้าสู่ศูนย์กลางจนมีอุณหภูมิสูงถึง 10 ล้านเคลวิน จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ทำให้อะตอมของไฮโดรเจนหลอมรวมกันเป็นธาตุใหม่คือ ฮีเลียม มวลบางส่วนเปลี่ยนรูปเป็นพลังงาน (นิวเคลียร์ฟิวชัน) ตามสมการ E = mc2  (พลังงาน = มวล x ความเร็วแสงยกกำลังสอง) ดาวฤกษ์จึงอุบัติขึ้นมา 

ดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่มีอุณหภูมิสูงประมาณ 25,000 K เป็นดาวสเปกตรัมประเภท O แผ่รังสีเข้มสุดในช่วงอัลตราไวโอเล็ต  เนบิวลาที่ห่อหุ้มดาวดูดกลืนพลังงานจากรังสีอัลตราไวโอเล็ต และแผ่รังสีเข้มสุดในช่วง H-alpha ซึ่งมีความยาวคลื่น 656 nm ออกมาทำให้เรามองเห็นเป็น “เนบิวลาสว่าง” (Diffuse Nebula) สีแดง ได้แก่ เนบิวลาสว่างใหญ่ในกลุ่มดาวนายพราน (M 42 Great Orion Nebula) ในภาพที่ 1  ซึ่งเห็นได้ว่า ใจกลางของเนบิวลาสว่างมักมีดาวฤกษ์เกิดใหม่อยู่ภายในหลายร้อยดวง

ภาพที่ 1 เนบิวลาสว่าง
ในกลุ่มดาวนายพราน

เนื่องจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นในเนบิวลามีอยู่หนาแน่น อนุภาคขนาดใหญ่กีดขวางการแผ่รังสี ทำให้เกิดการกระเจิงของแสง (Scattering) ปรากฏเป็นเนบิวลาสีฟ้า ทำนองเดียวกับสีของท้องฟ้าบนโลกของเรา เราเรียกเนบิวลาประเภทนี้ว่า “เนบิวลาสะท้อนแสง” (Reflection Nebula) ได้แก่ เนบิวลาในกระจุกดาวลูกไก่ (ภาพที่ 2) 

ภาพที่ 2 เนบิวลาสะท้อนแสง
ในกระจุกดาวลูกไก่

อย่างไรก็ตามบางส่วนของเนบิวลาขนาดใหญ่ เป็นกลุ่มก๊าซที่มีอุณหภูมิต่ำเกาะกลุ่มกันอย่างหนาแน่น  บดบังกลุ่มก๊าซสว่างซึ่งอยู่ด้านหลัง ทำให้เกิดแสงเงามองเห็นเป็นสีดำเรียกว่า “เนบิวลามืด” (Dark Nebula) เช่น เนบิวลารูปหัวม้าในกลุ่มดาวนายพราน (ภาพที่ 3)

ภาพที่ 3 เนบิวลามืด
ในกลุ่มดาวนายพราน

แม้ว่าในตำราเรียนจะแบ่งเนบิวลาออกเป็น 3 ประเภทคือ เนบิวลาสว่าง เนบิวลาสะท้อนแสง และเนบิวลามืด ในความจริงแล้วเนบิวลาทั้งสามชนิดเป็นเพียงปรากฎการณ์ซึ่งปรากฏให้เห็นเฉพาะในมุมมองจากโลก  หากดูในภาพที่ 4 จะเห็นว่า เนบิวลาไทรฟิด (M20 Trifid Nebula)  เป็นกลุ่มแก๊สซึ่งมีทั้งเนบิวลาสว่าง เนบิวลาสะท้อนแสง และเนบิวลามืด อยู่ในตัวเดียวกัน  ดาวเกิดใหม่ท่ีอยู่ภายในแผ่รังสีออกมากระตุ้นให้กลุ่มแก๊สท่ีอยู่บริเวณรอบๆ แผ่รังสีปรากฏเป็นเนบิวลาสว่างสีแดง แต่มีกลุ่มแก๊สหนาทึบบางส่วนมาบังแสงสว่างทำให้มองเห็นเป็นเนบิวลามืด และเกิดการกระเจิงของแสงที่กลุ่มแก๊สที่อยู่ด้านหลัง ทำให้มองเห็นเป็นเนบิวลาสะท้อนแสงสีน้ำเงิน 

ภาพท่ี 4 เนบิวลาทริฟิด
ในกลุ่มดาวคนยิงธนู