ความลึกลับของ Brown Dwarf หรือ "ดาวที่ล้มเหลว"

ภาพจำลอง Brown Dwarf ที่เย็นที่สุด (NASA/JPL-Caltech)

ดาวฤกษ์ทุกดวงที่เราเห็นเป็นจุดแสงสว่างงดงามยามค่ำคืนนั้น... แท้จริงแล้วคือปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นบนฟากฟ้า ดาวเหล่านี้จะต้องมีมวลมากกว่าดาวพฤหัสบดีถึง 75 เท่าจึงสามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมเพื่อปลดปล่อยพลังงานความร้อนและแสงสว่างอันมหาศาลออกมาจากตัวมันเองได้

ดาวอีกประเภทหนึ่งซึ่งมีเรื่องราวน่าสนใจไม่แพ้กันมีชื่อว่า Brown Dwarf หรือดาวแคระน้ำตาล ดาวพวกนี้มักจะถูกขนานนามว่า “ดาวที่ล้มเหลว (failed star)” ด้วยเหตุผลที่ว่ามันมีมวลน้อยเกินกว่าที่จะจุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ให้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดาวที่ล้มเหลวทำได้เพียงจุดเชื้อเพลิงจำพวกดิวเทอเรียมและใช้มันให้หมดไปอย่างรวดเร็ว เมื่ออายุมากขึ้น Brown Dwarf จึงเย็นตัวลงและใช้ชีวิตที่เหลือของมันซ่อนเร้นอยู่ท่ามกลางความมืด มันจะแผ่รังสีความร้อนจาง ๆ ในย่านคลื่น infrared ซึ่งยากที่นักดาราศาสตร์จะแยกแยะได้ท่ามกลางแหล่งความร้อนอื่นที่เข้มข้นกว่า

ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ค้นพบ Brown Dwarf เพิ่มมากขึ้นภายใต้ภารกิจ Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ของ NASA การแบ่งประเภท Brown Dwarf ก็เหมือนวิธีที่ใช้กับดาวฤกษ์คือใช้อุณหภูมิเป็นเกณฑ์ ในกรณีของดาวฤกษ์เราได้กำหนดตัวอักษร O, B, A, F, G, K, M กำกับดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิสูงไปต่ำตามลำดับ แต่ Brown Dwarf เย็นกว่าดาวฤกษ์ทั่วไป จึงมีประเภทเพิ่มเติมขึ้นต่อท้ายจาก M คือ L (2400 – 1400 K), T (1400 – 500 K) และ Y (<500 K)

ประเภทของ Brown Dwarf (ภาพจาก NASA/JPL-Caltech)

เมื่อเดือนสิงหาคมปีที่ผ่านมา นักวิจัย WISE ได้ตีพิมพ์เผยแพร่การค้นพบ Brown Dwarf กว่า 100 ดวง ประกอบด้วย Brown Dwarf ที่เย็นมากซึ่งถูกจัดอยู่ในประเภท Y ประมาณ 6 ดวง ทั้งหมดล้วนอยู่ใกล้โลกของเรามากด้วยระยะห่างเพียงแค่ประมาณ 10 – 30 ปีแสงเท่านั้น ปัจจุบัน Brown Dwarf ที่เย็นที่สุดมีชื่อว่า WISEP J1828+2650 มีอุณหภูมิเพียง 300 K หรือเท่ากับอุณหภูมิของวัน ๆ หนึ่งในช่วงฤดูร้อนบนโลก

ทฤษฎีส่วนใหญ่ระบุว่า Brown Dwarf มีจุดกำเนิดคล้ายดาวฤกษ์ ไม่ใช่ดาวเคราะห์ คือก่อตัวจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นในอวกาศที่ยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง เกิดแกนกลางที่มีความหนาแน่นสูงในเวลาต่อมา แต่แทนที่กระบวนการนี้จะจุดปฏิกิริยานิวเคลียร์เหมือนกับที่เคยเกิดขึ้นกับดาวฤกษ์ มันกลับถูกรบกวนจากสิ่งแวดล้อมภายนอก เช่นมีวัตถุขนาดใหญ่เคลื่อนผ่านบริเวณดังกล่าวและแย่งมวลส่วนหนึ่งไป หรือดึงแกนกลางออกไปก่อนที่มันจะรวบรวมมวลได้มากพอสำหรับเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นต้น

Adam Burgasser จาก University of California ให้ความเห็นว่าจักรวาลของเราอาจมี Brown Dwarf มากถึงหลายล้านดวง เนื่องจาก Brown Dwarf ไม่มีพื้นผิวแข็งเหมือนโลก จึงสามารถเกิดวัฏจักรของน้ำในลักษณะที่แตกต่างจากบนโลกอย่างสิ้นเชิง โมเลกุลของน้ำบนนั้นอาจหมุนเวียนในชั้นบรรยากาศ เปลี่ยนจากสถานะก๊าซ เป็นของเหลว และเป็นน้ำแข็งในช่วงที่มันเคลื่อนตัวสูงขึ้น และเปลี่ยนกลับไปเป็นก๊าซขณะที่มันจมลงสู่ใจกลางดาว นักดาราศาสตร์ยังไม่เคยศึกษาสภาพบรรยากาศเช่นนี้มาก่อน 

อย่างไรก็ตามการที่ Brown Dwarf ไม่อาจเผาผลาญเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เปลี่ยนธาตุเบาเป็นธาตุหนัก ธาตุดั้งเดิมและสสารตั้งแต่ยุคแรกเริ่มยังคงดำรงอยู่เรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน ทำให้ตัวมันเองเป็นแหล่งเก็บหลักฐานทางเคมีจากอดีตกาล นักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่าการศึกษา Brown Dwarf อาจนำเราไปสู่การไขความลึกลับของจักรวาลในยุคซึ่งดาวฤกษ์รุ่นแรก ๆ พึ่งจะถือกำเนิด

เรียบเรียงจาก

• “Misfit Stars” by Kristina Grifantini, Sky & Telescope, July 2012