ครัวภายในดาวฤกษ์
ไม่กี่นาทีหลังบิกแบง จักรวาลมีองค์ประกอบอยู่เพียงน้อยนิด ได้แก่ ไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเทียมปริมาณเล็กน้อย ตอนนั้นยังไม่มีออกซิเจน คาร์บอน หรือแคลเซียม อะตอมเหล่านี้ซึ่งประกอบขึ้นเป็นตัวคุณส่วนใหญ่ยังไม่มีอยู่จริง
ดาวฤกษ์ทำงานเหมือนเตาอบที่อยู่ภายใต้น้ำหนักของตัวเอง แรงโน้มถ่วงบีบอัดแกนกลาง อุณหภูมิสูงขึ้น และนิวเคลียสเบาก็หลอมรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักขึ้น เมื่อเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งหมดลง แกนกลางจะยิ่งหดตัวและจุดเชื้อเพลิงชนิดต่อไป แต่เชื้อเพลิงแต่ละชนิดจะเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงขึ้นและหมดเร็วกว่าเดิม ดาวฤกษ์มวลมากเมื่อใกล้สิ้นอายุจึงมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ เหมือนหัวหอม
- แกนเหล็ก - การหลอมรวมไม่ให้พลังงานอีกต่อไป
- ซิลิกอน → เหล็ก: ประมาณ 1 วัน
- ออกซิเจนและนีออน: หลายเดือน
- คาร์บอน: หลายร้อยปี
- ไฮโดรเจน → ฮีเลียม: หลายล้านปี
เมื่อถึงเหล็ก กระบวนการก็สิ้นสุดลง เพราะนิวเคลียสของเหล็กยึดเหนี่ยวกันแน่นที่สุด และการหลอมรวมต่อจากนั้นไม่ปล่อยพลังงาน แต่กลับดึงพลังงานไปแทน แรงค้ำจุนหายไป แกนกลางยุบตัวภายในเวลาไม่ถึง 1 วินาที และคลื่นกระแทกก็พัดชั้นนอกกระจายไปทั่วกาแล็กซี ทุกสิ่งที่ดาวฤกษ์สร้างขึ้นตลอดหลายล้านปีจะไปอยู่ในก๊าซระหว่างดาว กลายเป็นวัตถุดิบสำหรับดาวเคราะห์รุ่นต่อไป ออกซิเจนและซิลิกอนที่ก่อตัวเป็นชั้นๆ ก่อนการยุบตัวก็ถูกกระจายออกไปเช่นนี้ แต่การระเบิดไม่ใช่เส้นทางเดียวที่ธาตุจะออกไปได้ คาร์บอนในโปรตีนของคุณส่วนใหญ่มักไม่ได้ระเบิดไปไหน แต่มันถูกลมดาวพัดออกมาอย่างเงียบๆจากดาวฤกษ์ขนาดเล็กในช่วงปลายอายุ ขณะที่ธาตุเหล็กราวครึ่งหนึ่ง ซึ่งก็คือธาตุเหล็กที่กำลังพาออกซิเจนไหลเวียนในเลือดของคุณ มาจากการระเบิดของดาวแคระขาว
ในตัวคุณมีอะไรบ้าง
หากแยกร่างกายตามมวล เกือบ 2 ใน 3 คือออกซิเจน ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในน้ำ รองลงมาคือคาร์บอนที่ประกอบขึ้นเป็นโปรตีนทุกชนิด แคลเซียมช่วยยึดกระดูกไว้ ส่วนธาตุเหล็กมีอยู่ในตัวคุณเพียงเศษเสี้ยวของ 1% แต่เป็นตัวพาออกซิเจนในเลือด
ถ้านับจำนวนอะตอมแทนมวล ภาพจะกลับกัน ประมาณ 6 ใน 10 อะตอมในตัวคุณคือไฮโดรเจน มันมีน้ำหนักเบา จึงแทบไม่ส่งผลต่อมวลของคุณ
และไฮโดรเจนนี้ก็คือไฮโดรเจนเดียวกับที่มีอยู่ในช่วงไม่กี่นาทีแรกของจักรวาล มันไม่เคยผ่านเข้าไปในแกนกลางของดาวฤกษ์เลย แต่เกือบน้ำหนักทั้งหมดที่เหลือในร่างกายของคุณเคยผ่านเตาหลอมของดาวฤกษ์มาแล้ว
เรารู้เรื่องนี้ได้อย่างไร
ในปี 1952 Paul Merrill สังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมของเทคนีเชียมในดาวยักษ์แดงหลายดวง เทคนีเชียมไม่มีไอโซโทปเสถียร ไอโซโทปที่มองเห็นในดาวฤกษ์สลายตัวภายในเวลาหลายแสนปี ขณะที่ดาวฤกษ์มีอายุหลายพันล้านปี ดังนั้นมันจึงไม่ได้ติดตัวดาวมาตั้งแต่กำเนิด แต่กำลังถูกสร้างขึ้นภายในดาวในตอนนี้
หลักฐานชิ้นที่ 2 เกิดขึ้นในปี 2017 เมื่อนักดาราศาสตร์ตรวจพบดาวนิวตรอน 2 ดวงกำลังรวมตัวกัน และมีเวลาสังเกตแสงเรืองภายหลังการปะทะ แสงนั้นค่อยๆดับลงในรูปแบบเดียวกับที่เมฆของธาตุหนักซึ่งเพิ่งก่อตัวควรจะดับลง พวกเขาระบุสตรอนเชียมได้อย่างน่าเชื่อถือจากเส้นสเปกตรัม ส่วนทองคำและแพลทินัมระบุได้จากรูปแบบโดยรวม จากการสังเกตเหล่านี้ มีแนวโน้มว่าทองคำและธาตุที่หนักที่สุดชนิดอื่นๆถือกำเนิดขึ้นจากการรวมตัวของดาวนิวตรอนเช่นนี้
ธาตุถูกหลอมขึ้นในดาวฤกษ์ - หลักฐานแน่นหนา แหล่งกำเนิดทองคำ - ยังไม่แน่นเท่า
ทำไมดาวฤกษ์จึงสร้างพลังงานจากการหลอมรวมนิวเคลียสที่หนักกว่าเหล็กไม่ได้
ธาตุเหล็กที่พาออกซิเจนในเลือดของคุณมาจากไหน
แหล่งอ้างอิง
- Merrill, 1952 - เทคนีเชียมในสเปกตรัมของดาวฤกษ์ประเภท S
- การสังเกตคิโลโนวาหลังการรวมตัวของ GW170817, 2017. Carl Sagan, Cosmos: "เราทำจากสสารของดาวฤกษ์"
ถัดไปในซีรีส์ “ชีวิตในจักรวาล”
ฉบับเต็มบนเว็บไซต์ 2 บทความ และอีก 3 บทความในแอป
