ดาวนิวตรอน

ปี ค.ศ.1024 นักปราชญ์ชาวจีนได้บันทึกว่า ที่ตำแหน่งกลุ่มดาววัว มีดาวสว่างเกิดขึ้นมองเห็นได้แม้ในเวลากลางวันนานถึง 23 วัน แล้วจางหายไป นักดาราศาสตร์ในยุคปัจจุบันใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องพบวัตถุนี้และเรียกว่า “เนบิวลาปู” (Crab Nebula) เพราะว่ารูปร่างของกลุ่มแก๊สคล้ายกับกระดองปู ดังภาพที่ 1  ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุ VLT แสดงให้เห็นว่า กลุ่มแก๊สกำลังขยายตัวออกด้วยความรุนแรง กล้องโทรทรรศน์เอ็กซ์เรย์พบว่า ใจกลางของเนบิวลาเป็นดาวนิวตรอนหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็ว 30 รอบต่อวินาที (กราฟในภาพที่ 3) มีแก๊สร้อนพุ่งออกมาในแนวตั้งฉากกับจานรวมมวลด้วยความเร็วสูง กล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเล็ตตรวจพบแก๊สร้อนที่เป็นองค์ประกอบของเนบิวลาแผ่รังสี UV ออกมาด้วย กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดตรวจพบฝุ่นและแก๊สเย็นซึ่งเป็นโครงสร้างของเนบิวลา 
 

        

       X-Ray (Chandra)   Ultraviolet (ASTRO-1)         Visible (VLT)          Mid-Infrared (Spitzer)        Radio (NRAO)

ภาพที่ 1 เนบิวลาปูในช่วงคลื่นต่างๆ

        กล้องโทรทรรศน์วิทยุตรวจพบสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงของดาวนิวตรอน ซึ่งทำให้เกิดการแผ่รังสีเป็นลำออกจากขั้วแม่เหล็กทั้งสอง (ดูภาพที่ 2)   เนื่องจากดาวนิวตรอนหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงมาก ลำรังสีซึ่งแผ่ออกมาจะกวาดไปโดยรอบอย่างรวดเร็ว และเมื่อลำรังสีผ่านเข้ามาตรงโลกจะเกิดปรากฎการณ์ซึ่งเรียกว่า “พัลซาร์” (Pulsar ย่อมาจาก Pulsating Radio Source ซึ่งแปลว่า แหล่งกำเนิดคาบของคลื่นวิทยุ)

ภาพที่ 2 โครงสร้างของสนามแม่เหล็กรอบดาวนิวตรอน

        ดาวนิวตรอน (Neutron star) มีขนาดเล็กมาก มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 – 20 กิโลเมตร แต่มีความหนาแน่นสูงมาก เนื้อสารของดาวนิวตรอน 1 ช้อนชา มีมวลถึง 120 ล้านตัน  (อะตอมของสสารบนโลกมีที่ว่าง 99.999% ของอะตอม แต่ดาวนิวตรอนไม่มีที่ว่างอยู่เลยจึงสามารถบีบอัดมวลมหาศาลให้มีปริมาตรเล็กได้)  อะตอมของดาวนิวตรอนไม่มีช่องว่างระหว่างโปรตรอน (ประจุบวก) และอิเล็กตรอน (ประจุลบ)  ทำให้ประจุบวกและประจุลบอยู่ชิดติดกัน จึงเป็นที่มาของคำว่า "นิวตรอน" (ประจุกลาง) อย่างไรก็ตามดาวนิวตรอนมีลิมิตมวลไม่เกิน 3 เท่าของดวงอาทิตย์ ถ้าหากมีมวลมากกว่านี้ แรงโน้มถ่วงของดาวจะเอาชนะแรงดันดีเจนเนอเรซีของดาวนิวตรอน ทำให้แก่นดาวยุบตัวเป็นหลุมดำ ซึ่งมีสนามแรงโน้มถ่วงสูง มีอัตราความเร่งสามารถเอาชนะความเร็วแสง แม้แต่แสงยังไม่สามารถหนีหลุดออกมาได้

ภาพที่ 3 สัญญานที่รับได้จากพัลซาร์

        หมายเหตุ: เนบิวลาปูไม่ใช่กลุ่มแก๊สที่กำลังรวมตัวเกิดเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่ดังเช่น เนบิวลาสว่าง นบิวลาสะท้อนแสง และเนบิวลามืด   แต่เนบิวลาปูเป็นกลุ่มแก๊สซึ่งเกิดจากการระเบิด เรียกว่า “ซากซูเปอร์โนวา”(Supernova Remnant)  การระเบิดของซูเปอร์โนวาทำให้เกิดธาตุหนักกว่าเหล็ก (เลขอะตอม >26) นักดาราศาสตร์เชื่อว่า บริเวณระบบสุริยะของเราเคยมีการระเบิดของซูเปอร์โนวา โลกของเราจึงมีธาตุหนักหลายชนิด เช่น โลหะหนัก เงิน ทอง ทองคำขาว พลูโตเนียม  นอกจากนั้นนักดาราศาสตร์ยังเชื่อกันว่า การระเบิดของซูเปอร์โนวา ทำให้เกิดปฏิกริยาซึ่งกระตุ้นกลุ่มแก๊สในเนบิวลาให้ยุบตัวลงเป็นดาวเกิดใหม่ หากปราศจากซูเปอร์โนวาแล้ว การเกิดดาวฤกษ์ดวงใหม่คงเป็นไปได้ยาก