ซุเปอร์โนวา

 

ซูเปอร์โนวา หรือ มหานวดารา เป็นหนึ่งในเหตุการณ์ระเบิดที่มีพลังมากที่สุดที่รู้จัก นั่นคือเป็นการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมากเมื่อสิ้นอายุไขแล้ว จะเปล่งแสงสว่างมหาศาลและระเบิดออกรัศมีสว่างวาบเป็นรัศมีเพียงชั่วครู่ ก่อนจะเลือนจางลงในเวลาสัปดาห์หรือเดือนเท่านั้น
ระหว่างช่วงเวลาสั้นๆ ที่เกิดซูเปอร์โนวานี้ มันจะปลดปล่อยพลังงานมหาศาลขนาดเท่ากับพลังงานของดวงอาทิตย์ดวงหนึ่งสามารถปลดปล่อยได้ทั้งชีวิตทีเดียว การระเบิดจะขับไล่ดวงดาวและวัตถุต่างๆ ที่อยู่ใกล้ให้กระเด็นออกไปไกลด้วยความเร็วแสง และเกิดคลื่นกระแท กแผ่ออกไปโดยรอบตรงช่องว่างระหว่างดวงดาว การกระแทกนี้ได้กวาดเหล่าแก๊สและฝุ่นละอองออกไปอย่างรวดเร็ว เรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการเกิดซากซูเปอร์โนวา
แต่ละประเภทของซูเปอร์โนวา ที่ยังปรากฏให้เห็นอยู่ แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ซึ่งเกิดพลังงานที่เกิดจากนิวเคลียร์ฟิวชัน หลังจากแกนกลางของดาวมีอายุมวลมากเข้าสู่ความตาย และเริ่มสร้างพลังงานจากนิวเคลียร์ฟิวชัน อยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงที่จะนำไปสู่การยุบตัวของดวงดาว จนอาจกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือไม่ก็หลุมดำ การปลดปล่อยพลังงานศักย์โน้มถ่วง ทำให้เกิดทั้งความร้อนและสาดผิวชั้นนอกของดวงดาวให้กระเด็นออกไป ในทางกลับกัน ดาวแคระขาวอาจสะสมเพิ่มพูนสสารจนเพียงพอจากดาวข้างเคียงกัน หรือที่เรียกว่าระบบดาวคู่(binary star system) เป็นการเพิ่มอุณหภูมิแกนกลางจนกระทั่งเกิดฟิวชันถึงระดับของธาตุคาร์บอน แกนกลางของดาวฤกษ์ที่ร้อนระอุซึ่งอยู่ในสภาวะยุบตัวเนื่องจากมีมวลเกินค่าขีดจำกัดของจันทรเศกขาร ( Chandrasekhar limit) ซึ่งมีค่าประมาณ 1.38 เท่าของดวงอาทิตย์ เกิดเป็นซูเปอร์โนวาประเภท T1 (Type I Supernovae) แต่ว่าดาวแคระขาวจะแตกต่างตรงที่มีการระเบิดที่เล็กกว่าโดยใช้เชื้อเพลิงจากไฮโดรเจนที่ผิวของมัน เรียกว่า โนวาดาวที่มีมวลน้อย (ประมาณไม่ถึงเก้าเท่าของดวงอาทิตย์) เช่นดวงอาทิตย์ของเรา จะวิวัฒน์ไปเป็นดาวแคระขาวโดยปราศจากการเกิดซูเปอร์โนวา
ประเภทของซูเปอร์โนวาที่เราคุ้นเคยที่สุดก็คือ ซูเปอร์โนวาประเภท T2 (Type II Supernovae) เกิดจากการสิ้นสุดวงจรชีวิตของดาวฤกษ์ เป็นการดับของดาวฤกษ์ที่มีขนาดยักษ์กว่าดวงอาทิตย์ของเรา โดยการระเบิดจะเกิดขึ้นอย่างรุนแรงและรวดเร็ว เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนกลางของดาวฤกษ์หมดลง แรงดันที่เกิดจากอิเลคตรอนผลักกันก็จะหายไป ดาวฤกษ์จะยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงอะตอมธาตุในแกนกลางดาวฤกษ์บีบอัดตัวจนชนะแรงผลักจากประจุ อะตอมจึงแตกออกเหลือแต่นิวตรอนอัดตัวกันแน่นแทน เปลือกดาวชั้นนอกๆ ที่บีบอัดตามเข้ามาจะกระแทกกับแรงดันจากนิวตรอน จนกระดอนกลับและระเบิดกลายเป็นซูเปอร์โนวา วัสดุสารจากการระเบิดซูเปอร์โนวาจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง ที่ใจกลางของซูเปอร์โนวาจะมีก้อนนิวตรอนซึ่งจะเรียกว่า ดาวนิวตรอน (neutron star)
โดยเฉลี่ยแล้ว ซูเปอร์โนวาจะเกิดประมาณห้าสิบปีครั้งหนึ่งในดาราจักรที่มีขนาดเท่าๆ กับทางช้างเผือกของเรา มีบทบาทสำคัญกับการเพิ่มมวลให้กับมวลสารระหว่างดวงดาว นอกจากนั้น การแผ่กระจายของคลื่นกระแทกจากการระเบิดของซูเปอร์โนวาสามารถก่อให้เกิดดาวดวงใหม่ได้มากมาย
คำว่า “โนวา” มาจากภาษาลาติน แปลว่าใหม่ หมายถึงการเกิดใหม่ของดาวดวงใหม่ส่องแสงสว่างในท้องฟ้า ส่วนคำว่า “ซูเปอร์” จำแนกซูเปอร์โนวาออกจาก โนวา ธรรมดา ต่างกันที่ความสว่างที่สว่างกว่า ขนาดและทางกลที่ต่างกันด้วย คำว่าซูเปอร์โนวาใช้ครั้งแรกในหนังสือ Merriam-Webster's Collegiate Dictionary ตีพิมพ์เมื่อปี 1926

ประวัติศาสตร์การค้นพบ

ครั้งแรกที่ทำการบันทึกการเกิดซูเปอร์โนวา คือ SN 185 ค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีน ในปี ค.ศ.185 ซูเปอร์โนวาที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยบันทึกคือ SN 1006 อธิบายรายละเอียดโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีนและอาหรับ ซูเปอร์โนวาที่สังเกตง่ายอีกอันหนึ่งคือ SN 1054 หรือ เนบิวลารูปปู ซูเปอร์โนวาที่ค้นพบทีหลังด้วยสายตาคือ SN 1572 และ SN 1604 ซึ่งอยู่ในดาราจักรทางช้างเผือก ถูกบันทึกว่ามีผลกระทบต่อการพัฒนาทางดาราศาสตร์ ในยุโรป เพราะพวกเขาใช้เป็นข้อถกเถียงกับความคิดของอริสโตเติล ที่กล่าวว่า “จักรวาลที่อยู่นอกเหนือจากดวงจันทร์และดาวเคราะห์ ไม่มีอยู่จริง”

หลังจากมีการพัฒนากล้องดูดาวจึงสามารถค้นพบซูเปอร์โนวาได้จากดาราจักรอื่นๆ ได้ เริ่มจากปี 1885 การสังเกตซูเปอร์โนวา S Andromedae ในดาราจักรแอนโดรเมดา ซูเปอร์โนวาก่อให้เกิดความรู้ที่สำคัญด้านจักรวาลวิทยา ในช่วงศตวรรษที่ยี่สิบ แบบจำลองแบบต่างๆ ของซูเปอร์โนวาถูกพัฒนามากขึ้น และทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวงจรชีวิตของดาวของดวงดาวได้มากขึ้นด้วย ซูเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลซึ่งถูกค้นพบเร็วๆ นี้ พร่ามัวมากกว่าที่คาดเอาไว้ ซึ่งเป็นหลักฐานว่า จักรวาลอาจมีการขยายตัวด้วยความเร่ง

7 พฤษภาคม 2550 มีรายงานการค้นพบซูเปอร์โนวาที่สว่างที่สุด เอสเอ็น 2006 จีวาย (SN2006gy) ในดาราจักร เอ็นจีซี 1260 (NGC 1260) เป็นการดับสลายของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 150 เท่า มีช่วงสูงสุดของการระเบิดยาวนานถึง 70 วันต่างจากซูเปอร์โนวาอื่น ๆ ที่มีช่วงสูงสุดเพียงแค่ 2 สัปดาห์ และมีความสว่างมากกว่าอีกหลายร้อยซูเปอร์โนวาที่นักดาราศาสตร์เคยสังเกตเห็น

กลุ่มดาวในทางช้างเผือกที่น่าจะเป็นซูเปอร์โนวา (Milky Way Candidates)

กลุ่มเนบิวล่า รอบๆ ดาวหมาป่า (Wolf-Rayet starWR124) ที่ตั้งอยู่ในระยะห่างออกไป 21,000 ปีแสง มีดาวขนาดใหญ่มากมายในทางช้างเผือกที่สามารถเปลี่ยนเป็นซูเปอร์โนวาได้ภายในหนึ่งพันถึงหนึ่งร้อยล้านปีข้างหน้า รวมทั้ง Rho Cassiopeiae, Etha Carinae และ RS Ophiuchi, the Kitt Peak Downes star KPD1930+2752, HD 179821, IRC+10420, VY Canis Majoris, Betelgeuse Antares and Spica กลุ่มดาวหมาป่าหลายดวง เช่น Gamma Velorma , WR 104, และกลุ่ม Quintuplet ซึ่งสามารถทำนายได้ว่าจะเกิดซูเปอร์โนวาได้ในอนาคตข้างหน้า

ดาวที่มีโอกาสเป็นซูเปอร์โนวาได้ในเร็วๆนี้ คือ IK Pegasi (HR 8210) ตั้งอยู่ห่างไป 150 ปีแสง ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มดาวเรียงกันและดาวแคระขาว ห่างกันแค่ 31 ล้านกิโลเมตร โดยดาวแคระขาวมีมวลเป็น 1.15 เท่าของดวงอาทิตย์ และต้องใช้เวลาหลายล้านปีก่อนที่จะกลายเป็นซูเปอร์โนวาประเภทที่ 1 ได้

ซากซูเปอร์โนวา (อังกฤษ: supernova remnant; SNR) คือโครงสร้างที่เกิดจากการระเบิดขนาดใหญ่ของดวงดาวในปรากฏการณ์ ซูเปอร์โนวา ซากซูเปอร์โนวาคงอยู่ด้วยคลื่นช็อคที่ขยายตัวออกมา ประกอบด้วยวัตถุที่ดีดตัวออกมาจากการระเบิด รวมถึงวัตถุมวลสารระหว่างดาวระหว่างเส้นทางที่ถูกกวาดเข้ามารวมด้วย

เส้นทางการเกิดซูเปอร์โนวามีสองทางคือ เมื่อดาวฤกษ์มวลมากไม่มีเชื้อเพลิงต่อไปและหยุดสร้างพลังงานฟิวชั่นที่แกนกลาง จึงเกิดการแตกสลายจากภายในด้วยแรงจากความโน้มถ่วงของมันเองกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ หรือดาวแคระขาวที่รวบรวมวัตถุจากดาวข้างเคียงเข้ามาจนกระทั่งมีขนาดถึงมวลวิกฤต และเกิดการระเบิดนิวเคลียร์ความร้อนขึ้น

ผลจากการระเบิดซูเปอร์โนวาทั้งสองกรณีทำให้มวลสารระหว่างดาวส่วนใหญ่หรือทั้งหมดถูกขับออกไปด้วยความเร็วประมาณ 1% ของความเร็วแสง หรือราว 3,000 กิโลเมตร/วินาที เมื่อมวลสารเหล่านี้ปะทะกับอวกาศหรือแก๊สระหว่างดาวที่อยู่รอบๆ จึงเกิดเป็นคลื่นช็อคที่ทำให้แก๊สมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นมากถึงขนาด 10 ล้านเคลวิน และกลายเป็นพลาสมา

ซากซูเปอร์โนวาที่โด่งดังที่สุดและถูกเฝ้าสังเกตมากที่สุดน่าจะได้แก่ SN 1987A ซึ่งเป็นซูเปอร์โนวาในเมฆแมเจลแลนใหญ่ ค้นพบในปี ค.ศ. 1987 ซากซูเปอร์โนวาชื่อดังและเก่าแก่อีกแห่งหนึ่งคือ ซากไทโค (SN 1572) ซึ่งตั้งชื่อตาม ไทโค บราเฮ ผู้บันทึกความสว่างจากการระเบิดครั้งแรกของมันได้ (ในปี ค.ศ. 1572) และซากเคปเลอร์ (SN 1604) ซึ่งตั้งชื่อตาม โยฮันเนส เคปเลอร์ ซากซูเปอร์โนวาล่าสุดที่พบในดาราจักรของเราคือ G1.9+0.3 อยู่ในบริเวณใจกลางดาราจักร ประมาณว่าได้เกิดการระเบิดมานานประมาณ 140 ปีแล้ว

ภาพซากซุปเปอร์โนวา