กาแล็กซี่ทางช้างเผือก

Galaxy  ทางช้างเผือก

Galaxy ทางช้างเผือก นั้นกว้างใหญ่ไพศาลแต่เพื่อนๆรู้ไหมว่า จักรวาลนั้นประกอบด้วยอะไรบ้าง ไปดูกัน

กระจุกดาว

คือกลุ่มดาวตั้งแต่สิบดวงไปจนถึงหลายสิบล้านดวง ในกาแล็กซี ทางช้างเผือกจะพบกระจุกดาวรอบ ๆ ศูนย์กลางกาแล็กซี เช่น กระจุกดาวลูกไก่้ ถ้ามองด้วยตาเปล่าจะมองเห็นดาวฤกษ์ประมาณ 7 ดวง 

นอกจากนี้กระจุกดาว ( Star Cluster) คือกลุ่มของดาวฤกษ์ที่อยู่ด้วยกันด้วยแรงดึงดูดจากความโน้มถ่วง สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทใหญ่ ๆ คือ กระจุกดาวทรงกลม เป็นกลุ่มของดาวฤกษ์อายุมากนับแสนดวงที่อยู่ด้วยกันด้วยแรงดึงดูดค่อนข้างมาก กับ กระจุกดาวเปิด ที่มีดาวฤกษ์น้อยกว่า เพียงไม่กี่ร้อยดวงในกลุ่ม เป็นดาวฤกษ์อายุน้อย และมีแรงดึงดูดต่อกันเพียงหลวม ๆ กระจุกดาวเปิดอาจเกิดการรบกวนจากแรงโน้มถ่วงของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ในยามที่มันเคลื่อนผ่านไปในกาแล็กซี แต่ดาวสมาชิกในกระจุกดาวยังคงเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันได้แม้จะไม่มีแรงโน้มถ่วงดึงดูดระหว่างกันแล้ว ในกรณีนี้จะเรียกมันว่า ชุมนุมดาว (stellar association) หรือบางครั้งอาจเรียกว่า กลุ่มเคลื่อนที่ (moving group)

กระจุกดาวทรงกลม 

กระจุกดาวเปิดที่มีชื่อเสียงมากที่สุดคือ กระจุกดาวลูกไก่

สสารระหว่างดาว

ดาวฤกษ์แต่ละดวงอยู่ห่างไกลกันมาก ระหว่างดวง ดาวจึงมีสสารระหว่างดาว ซึ่งประกอบด้วยแก๊ส (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน) ฝุ่นธุลีชิ้นส่วนของสะเก็ดดาวแทรกคั่นอยู่ 

มวลสารระหว่างดาว ( interstellar medium หรือ ISM) ในทางดาราศาสตร์หมายถึงกลุ่มแก๊สและฝุ่นที่กระจายตัวอยู่ในพื้นที่ว่างระหว่างดวงดาว เป็นสสารที่ดำรงอยู่ระหว่างดาวฤกษ์ต่าง ๆ ในดาราจักร เติมเติมช่องว่างระหว่างดวงดาวและผสานต่อเนื่องกับช่องว่างระหว่างดาราจักรที่อยู่โดยรอบ การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานของสสารมีปริมาณเท่ากันกับสนามการแผ่รังสีระหว่างดวงดาว

มวลสารระหว่างดาวประกอบด้วยองค์ประกอบอันเจือจางอย่างมากของไอออน อะตอม โมเลกุล ฝุ่นขนาดใหญ่ รังสีคอสมิก และสนามแม่เหล็กของดาราจักร โดยที่ 99% ของมวลของสสารเป็นแก๊ส และอีก 1% เป็นฝุ่น มีความหนาแน่นเฉลี่ยในดาราจักรทางช้างเผือก ระหว่างไม่กี่พันจนถึงหลักร้อยล้านหน่วยอนุภาคต่อลูกบาศก์เมตร ประมาณ 90% ของแก๊สเป็นไฮโดรเจน ส่วนอีกประมาณ 10% เป็นฮีเลียม เมื่อพิจารณาตามจำนวนของนิวเคลียส โดยมีสสารมวลหนักผสมอยู่บ้างเล็กน้อย

มวลสารระหว่างดาวมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เนื่องจากมันอยู่ในระหว่างกลางของเหล่าดวงดาวในดาราจักร ดาวฤกษ์ใหม่จะเกิดขึ้นจากย่านที่หนาแน่นที่สุดของสสารนี้กับเมฆโมเลกุล โดยได้รับสสารและพลังงานมาจากเนบิวลาดาวเคราะห์ ลมระหว่างดาว และซูเปอร์โนวา ความสัมพันธ์ระหว่างดาวฤกษ์กับมวลสารระหว่างดาวช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณอัตราการสูญเสียแก๊สของดาราจักร และสามารถคาดการณ์ช่วงเวลาการก่อตัวของดาวฤกษ์กัมมันต์ได้

เนบิวลา

 กลุ่มเมฆหมอกของแก๊สและฝุ่นธุลีของสสารในอากาศ ที่อยู่ระหว่างดวงดาวในกาแล็กซี่

เนบิวลาเรืองแสง

เนบิวลาเรืองแสงเป็นเนบิวลาที่มีแสงสว่างในตัวเอง เกิดจากการเรืองแสงของอะตอมของไฮโดรเจนที่อยู่ในสถานะไอออน ในบริเวณ H II region เนื่องจากได้รับความร้อนจากดาวฤกษ์ภายในเนบิวลา ซึ่งโดยทั่วไปแล้วก็คือดาวฤกษ์เกิดใหม่ที่เนบิวลานั้นสร้างขึ้นนั่นเอง การเรืองแสงนั้น เกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระกลับเข้าไปจับกับไอออนของไฮโดรเจน และคายพลังงานออกมาในช่วงคลื่นที่ต่างๆ

เนื่องจากเนบิวลาเปล่งแสง จะเปล่งแสงในช่วงคลื่นที่เฉพาะตัวตามธาตุองค์ประกอบของเนบิวลา ทำให้มีสีต่างๆกัน 

 

เอ็นจีซี 604 (NGC 604) เป็นเนบิวลาที่อยู่ภายในแขนของดาราจักรเอ็ม 33 (M33) ในกลุ่มดาวสามเหลี่ยม อยู่ห่างจากโลก 2.7 ล้านปีแสง เนบิวลานี้เป็นบริเวณก่อตัวของดาวฤกษ์ดวงใหม่

เนบิวลาสะท้อนแสง

เนบิวลาสะท้อนแสง ( Reflection nebula) เนบิวลาสะท้อนแสงเป็นเนบิวลาที่มีแสงสว่างเช่นเดียวกับเนบิวลาเปล่งแสง แต่แสงจากเนบิวลาชนิดนี้นั้น เกิดจากการกระเจิงแสงจากดาวฤกษ์ใกล้เคียงที่ไม่ร้อนมากพอที่จะทำให้เนบิวลานั้นเปล่งแสง กระบวนการดังกล่าวทำให้เนบิวลาชนิดนี้มีสีฟ้า องค์ประกอบหลักของเนบิวลาชนิดนี้ที่ทำหน้าที่กระเจิงแสงจากดาวฤกษ์คือฝุ่นระหว่างดาว (Interstellar dust) การกระเจิงแสงของฝุ่นระหว่างดาวเป็นกระบวนการเดียวกับการกระเจิงแสงของฝุ่นในบรรยากาศซึ่งทำให้ท้องฟ้ามีสีฟ้า ตัวอย่างเนบิวลาสะท้อนแสง เช่น เนบิวลาในกระจุกดาวลูกไก่บริเวณดาวเมโรเป เนบิวลาหัวแม่มด (Witch Head Nebula) เนบิวลา M78 ในกลุ่มดาวนายพราน เป็นต้น เนบิวลาชนิดนี้บางครั้งก็พบอยู่เป็นส่วนหนึ่งของเนบิวลาเปล่งแสง เช่น เนบิวลาสามแฉก (Trifid Nebula) ที่มีทั้งสีแดงจากไฮโดรเจน สีเขียวจากออกซิเจน และสีฟ้าจากการสะท้อนแสง เป็นต้น

เนบิวลาสะท้อนแสง

เนบิวลาดาวเคราะห์

เนบิวลาดาวเคราะห์ ( Planetary nebula) เนบิวลาดาวเคราะห์เป็นส่วนหนึ่งของวิวัฒนาการในช่วงสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลน้อย และดาวฤกษ์มวลปานกลาง เมื่อมันเข้าสู่ช่วงสุดท้ายของชีวิต ไฮโดรเจนในแกนกลางหมดลง ส่งผลให้ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ภายในแกนกลางยุติลงด้วย ทำให้ดาวฤกษ์เสียสมดุลระหว่างแรงดันออกจากความร้อนกับแรงโน้มถ่วง ทำให้แกนกลางของดาวยุบตัวลงเข้าหาศูนย์กลางเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของตัวมันเอง จนกระทั่งหยุดเนื่องจากแรงดันดีเจนเนอเรซีของอิเล็กตรอน กลายเป็นดาวแคระขาว เปลือกภายนอกและเนื้อสารของดาวจะหลุดออก และขยายตัวไปในอวกาศ เป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ซึ่งไม่มีพลังงานอยู่ แต่มันสว่างขึ้นได้เนื่องจากได้รับพลังงานจากดาวแคระขาวที่อยู่ภายใน เมื่อเวลาผ่านไปดาวแคระขาวก็จะเย็นตัวลง และเนบิวลาดาวเคราะห์ก็จะขยายตัวไปเรื่อยๆ จนกระทั่งจางหายไปในอวกาศ

เนบิวลาดาวเคราะห์ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องใดกับดาวเคราะห์ ชื่อนี้ได้มาจากลักษณะที่เป็นวงกลมขนาดเล็กคล้ายดาวเคราะห์เมื่อสังเกตจากกล้องโทรทรรศน์นั่นเอง ตัวอย่างของเนบิวลาชนิดนี้ได้แก่ เนบิวลาวงแหวน ในกลุ่มดาวพิณ (M57 Ring Nebula) เนบิวลาดัมเบลล์ (M27 Dumbbell Nebula) เนบิวลาตาแมว (Cat’s eye Nebula) เนบิวลาเกลียว (Helix Nebula) เป็นต้น

เนบิวลานาฬิกาทราย (MyCn18) เป็นเนบิวลาดาวเคราะห์อายุน้อย อยู่ห่างจากโลกประมาณ 8,000 ปีแสง ภาพนี้ถ่ายด้วยกล้องถ่ายภาพที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลขององค์การนาซา

อริสโตเติล ปราชญ์จอมมั่วสมัยกรีก เคยนึกว่าทางช้างเผือกเป็นความปั่นป่วนของบรรยากาศโลกเราเอง แต่ด้วยกล้องโทรทัศน์ที่ประดิษฐ์ขึ้นในศตวรรษที่ 17 กาลิเลโอก็ได้พบว่าแถบสีขาวนี้ แท้ที่จริงประกอบขึ้นด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากและไม่ได้เป็นปรากฎการณ์ที่มีส่วนเกี่ยว ข้องกับบรรยากาศของโลกเราเลยแม้แต่น้อย

ที่จริงแล้ว ที่เราเห็นเป็นแถบสว่างแสนสวยนั้น คือ “แขน” ข้างหนึ่งในสี่ข้างของแกแลคซีที่เราอาศัยอยู่กาแล็กซีทางช้างเผือก (The Milky Way Galaxy) 

เป็นกาแล็กซีแบบกังหัน มีดาวประมาณแสนล้านดวง มวลรวมประมาณ 9 หมื่นล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์  แบ่งเป็น 3 ส่วน ดังนี้

1. จาน (Disk) ประกอบด้วยแขนของกาแล็กซี มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง หนาประมาณ 1,000 – 2,000 ปีแสง มีดาวฤกษ์ประมาณ 400,000 ล้านดวง องค์ประกอบหลักเป็นฝุ่น ก๊าซ และประชากรดาวประเภทหนึ่ง (Population I) ซึ่งมีสเปคตรัมของโลหะอยู่มาก

2. ส่วนโป่ง (Bulge) คือบริเวณใจกลางของกาแล็กซี มีขนาดประมาณ 6,000 ปีแสง มีฝุ่นและก๊าซเพียงเล็กน้อย องค์ประกอบหลัก เป็นประชากรดาวประเภทหนึ่งที่มีอายุมาก และประชากรดาวประเภทสอง (Population II) ซึ่งเป็นดาวเก่าแก่แต่มีโลหะเพียงเล็กน้อย

3. เฮโล (Halo) อยู่ล้อมรอบส่วนโป่งของกาแล็กซี  มีองค์ประกอบหลักเป็น “กระจุกดาวทรงกลม” (Global Cluster) จำนวนมาก  แต่ละกระจุกประกอบด้วยดาวฤกษ์นับล้านดวง ล้วนเป็นประชากรดาวประเภทสอง  นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า กระจุกดาวทรงกลมเป็นโครงสร้างเก่าของกาแล็กซี เพราะมันโคจรขึ้นลงผ่านส่วนโป่งของกาแล็กซี

        การศึกษาทางช้างเผือก ทำจากด้านในออกไป จึงยากที่จะเข้าใจภาพรวมว่า กาแล็กซีของเรามีรูปร่างหน้าตาอย่างไร  ประกอบกับระนาบของทางช้างเผือกหนาแน่นไปด้วยดาว ฝุ่น และก๊าซ เป็นอุปสรรคกีดขวางการสังเกตการณ์ว่า อีกด้านหนึ่งของกาแล็กซีเป็นอย่างไร  อุปกรณ์ที่ใช้ศึกษาโครงสร้างของกาแล็กซีได้ดีที่สุดก็คือ กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด  เพราะว่าใช้คลื่นยาวซึ่งสามารถเดินทางผ่านกลุ่มก๊าซและฝุ่นได้

       ปัจจุบันเชื่อกันว่า ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากศูนย์กลางของกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสง และหมุนรอบศูนย์กลางไปตามแขนนายพราน ด้วยความเร็ว 220 km ต่อวินาที หนึ่งรอบใช้เวลา 240 ล้านปี  ดวงอาทิตย์มีอายุ 4,600 ล้านปี จึงโคจรรอบกาแล็กซีมาแล้วเกือบ 20 รอบ นักดาราศาสตร์ใช้กฎเคปเลอร์ข้อที่ 3 คำนวณหามวลรวมของทางช้างเผือกภายในวงโคจรของดวงอาทิตย์ได้ 9 x 1010 เท่าของดวงอาทิตย์  

 จากนั้นทำการตรวจวัดมวลของกาแล็กซีด้านนอกของวงโคจรดวงอาทิตย์เพิ่มเติม โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ พบว่า มวลทั้งหมดของกาแล็กซีทางช้างเผือกควรจะเป็น 6 x 1011 เท่าของดวงอาทิตย์  ในจำนวนนี้เป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ก๊าซ และฝุ่น ที่สังเกตได้โดยตรงด้วยแสงเพียง 10%  ฉะนั้นมวลสารส่วนใหญ่ของกาแล็กซีอีก 90% เป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ซึ่งอาจจะเป็น หลุมดำขนาดเล็ก ดาวที่เย็นมาก หรืออนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก  นักดาราศาสตร์จึงเรียกวัตถุเหล่านี้โดยรวมว่า “สสารมืด” (Dark Matter)

ทางช้างเผือกมักผูกพันกับคตินิยายความเชื่อของชนชาติต่างๆ เราเห็นเป็นถนนหนทางเหมือนฝรั่ง แต่จีนกับญี่ปุ่นเห็นเป็นแม่น้ำแห่งสรวงสวรรค์ ดังเทศกาลทานาบาตะของญี่ปุ่นที่มีที่มาเป็นเรื่องเล่าถึงคนรักสองคนในสมัยโบราณ กลายเป็นดาวสองดวง ดวงแรกมีนามว่า “โอริ ฮิเมะ” และดวงที่สองมีนามว่า “ฮิโกโบชิ” ตามความ เชื่อของคนญี่ปุ่นที่ได้เล่ากันต่อ ๆกันมาว่า ดวงดาวสองดวงนี้ต้อง พลัดพรากจากกันโดยมี “อามาโน่ คาวา” หรือ “แม่น้ำแห่งสวรรค์” มาขวางกั้น แต่ในวันที่ 7 เดือน 7 (กรกฏาคม) ของทุกปี ซึ่งเป็นวันที่ทางช้างเผือกจะออกมาปรากฏบนท้องฟ้าของประเทศญี่ปุ่นให้ได้เห็นกันในทุก ๆปีนั้น..จะเป็นวันที่ดวงดาวสองดวงคือ “โอริ ฮิเมะ” กับ “ฮิโกโบชิ” จะได้มีโอกาสได้มาพบกันสมดังใจที่คิดถึงและปรารถนาของทั้งสองและในวันนี้ก็เป็นวันที่ให้กำเนิดพิธี “ทานาบาตะ” ขึ้นมาคนญี่ปุ่นจะเชื่อถือและเล่ากันต่อ ๆมาสู่ลูก ๆหลาน ๆว่า”ให้ไปตัดต้นไผ่ นำมาปักไว้ในรั้ว บ้าน และให้เขียนคำอธิษฐานใส่กระดาษ นำไปผูกไว้ที่ต้นไผ่ที่ ตัดมา แล้วคำอธิษฐานอันนั้นก็อาจ จะได้ผลสมประสงค์สมดังใจปรารถนาเหมือน ๆ กับ”โอริ ฮิเมะ” และ “ฮิโกโบชิ”ที่ได้สมหวัง และได้พบกันในวันนั้น..