ซูเปอร์โนวาอาจเป็นสาเหตุของการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในยุคดีโวเนียนและยุคคาร์บอนิเฟอรัส

            ตลอด 4,500 ล้านปีที่ดาวเคราะห์สีฟ้าดวงนี้กำเนิดมา สิ่งมีชีวิตบนโลกเคยผ่านการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ (Mass Extinction) มาแล้วถึง 5 ครั้ง ได้แก่ การสูญพันธุ์ในยุคออร์โดวิเชียน-ไซลูเรียน (Ordovician-Silurian Extinction เมื่อ 444 ล้านปีก่อน) การสูญพันธุ์ในตอนปลายยุคดีโวเนียน (Late Devonian Extinction เมื่อ 359 ล้านปีก่อน) การสูญพันธุ์ในยุคเพอร์เมียน-ไทรแอสซิก (Permian-Triassic Extinction เมื่อ 252 ล้านปีก่อน) การสูญพันธุ์ในยุคไทรแอสซิก-จูแรสซิก (Triassic-Jurassic Extinction เมื่อ 201 ล้านปีก่อน) และการสูญพันธุ์ในยุคครีเทเชียส-พาลีโอจีน (Cretaceous-Paleogene Extinction เมื่อ 66 ล้านปีก่อน) ไม่เพียงเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากในปัจจุบันก็แสดงความกังวลว่าการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่กำลังจะเกิดขึ้นอีกครั้งเนื่องจากฝีมือของมนุษย์เรียกว่า การสูญพันธุ์ในยุคโฮโลซีน (Holocene Extinction) หรือการสูญพันธุ์ในยุคแอนโทรโปซีน (Anthropocene Extinction) อย่างไรก็ตาม สาเหตุของการสูญพันธุ์ส่วนใหญ่ยังอยู่ในสถานะ “สมมติฐาน” เนื่องจากหลักฐานหลายอย่างยังคลุมเครือหรืออาจสูญหายไปตามกาลเวลา ยกเว้นการสูญพันธุ์ในยุคครีเทเชียส-พาลีโอจีนที่มีหลักฐานชัดเจนว่าเกิดจากการพุ่งชนของอุกกาบาตขนาดยักษ์เมื่อ 66 ล้านปีก่อนจนกลายเป็นหลุมอุกกาบาต Chicxulub ที่คาบสมุทร Yucatan           เดือนสิงหาคม ค.ศ.2020 ที่ผ่านมา คณะวิจัยนำโดย Brian Fields ศาสตราจารย์สาขาดาราศาสตร์และฟิสิกส์แห่ง University of Illinois Urbana-Champaign ได้ตีพิมพ์งานวิจัยใหม่ลงในวารสาร National Academy of Sciences โดยคณะวิจัยได้ค้นพบสปอร์ (Spore) ของพืชหลายแสนรุ่นที่ถูกแผดเผาอย่างรุนแรงด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet Radiation) ที่ถูกฝังอยู่ภายในชั้นหิน การค้นพบดังกล่าว “อาจ” แสดงให้เห็นว่าโลกเมื่อ 359 ล้านปีก่อนมีการสูญเสียชั้นโอโซน (Ozone Layer) เป็นเวลานาน ซึ่งช่วงเวลาดังกล่าวเป็นรอยต่อระหว่างยุคดีโวเนียนกับยุคคาร์บอนิเฟอรัส โดยสาเหตุของภัยพิบัติทางธรรมชาติในครั้งนั้นก็ “อาจ” จะเป็นการระเบิดของดาวฤกษ์ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (Supernova) ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 65 ปีแสงซึ่งสามารถลดทอนความหนาแน่นของชั้นโอโซนได้นานถึง 100,000 ปี!


          ซูเปอร์โนวาในภาษาไทยเรียกว่า “มหานวดารา” หมายถึงดาวฤกษ์ที่เผาผลาญไฮโดรเจนที่แก่นกลางจนหมดและหลุดออกจากแถบลำดับหลัก (Main Sequence) ทำให้ดาวฤกษ์ดวงดังกล่าวอยู่ในสภาวะใกล้ตาย โดยดาวฤกษ์มวลน้อย (Low Mass Star) ที่มีมวลน้อยกว่า 2 เท่าของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนเป็นดาวยักษ์แดง (Red Giant) ซึ่งมีปฏิกิริยาฟิวชันที่ซับซ้อนและทำให้ผิวกับเนื้อสารของดาวระเบิดกระจายออกไปสู่อวกาศ ก่อนแปรสภาพเป็นแก่นคาร์บอนร้อนระอุที่เรียกว่า ดาวแคระขาว (White Dwarf) ซึ่งจะค่อยๆ สูญเสียความร้อนจนกลายเป็นดาวแคระน้ำตาล (Brown Dwarf) และมอดดับไปโดยไม่มีการยุบตัวลงเนื่องจากมีความดันดีเจนเนอเรซีของอิเล็กตรอน (Electron Degeneracy Pressure) คอยยับยั้งเอาไว้ ผิวกับเนื้อสารของดาวที่กระจายออกไปจะเรียกว่า เนบิวลาดาวเคราะห์ (Planetary Nebula) ซึ่งเนบิวลาดังกล่าวไม่ใช่ดาวเคราะห์ แต่เมื่อสังเกตจากระยะไกลจะมีรูปร่างเป็นทรงกลมคล้ายดาวเคราะห์ที่ขยายตัวออกและค่อยๆ หรี่ความสว่างลง


          สำหรับดาวฤกษ์มวลปานกลาง (Intermediate Mass Star) ที่มีมวลระหว่าง 2 ถึง 8 เท่าของดวงอาทิตย์จะมีวาระสุดท้ายคล้ายกับดาวฤกษ์มวลน้อย เพียงแต่สิ้นอายุขัยเร็วกว่าและสามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชันที่หลอมรวมคาร์บอนให้กลายเป็นออกซิเจนและนีออนอีกจำนวนหนึ่ง


          แต่สำหรับดาวฤกษ์มวลมาก (High Mass Star) ที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของดวงอาทิตย์ ธาตุภายในดาวฤกษ์จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันที่ซับซ้อนเป็นอย่างมากภายในระยะเวลาอันรวดเร็วและสร้างธาตุหนักตกลงสู่แก่นดาวอย่างต่อเนื่องจนแก่นดาวกลายเป็นเหล็ก เมื่อแก่นเหล็กของดาวถูกบีบอัดลงมาเรื่อยๆ อิเล็กตรอนในแก่นเหล็กจึงรวมตัวกับโปรตอนจนกลายเป็นนิวตรอนและปลดปล่อยนิวทริโนออกมา เมื่ออิเล็กตรอนลดจำนวนลงเรื่อยๆ ความดันดีเจนเนอเรซีของอิเล็กตรอนก็ไม่อาจต้านทานแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของดาวได้ ดาวฤกษ์ดวงนั้นก็จะกลายเป็นดาวนิวตรอน (Neutron Star) แล้วปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา รังสีที่ตามองเห็น และเศษซากส่วนหนึ่งของดาวฤกษ์ให้กระจายออกไปโดยรอบเรียกว่า “ซูเปอร์โนวา” ซึ่งความร้อนและความดันมหาศาลจากการระเบิดจะทำให้เกิดธาตุหนักขึ้น แต่ถ้ามวลแรกเริ่มของดาวฤกษ์มีค่ามากกว่า 18 เท่าของดวงอาทิตย์ มวลส่วนหนึ่งจะตกกลับลงมายังดาวนิวตรอนจนทำให้ความดันดีเจนเนอเรซีของนิวตรอน (Neutron Degeneracy Pressure) ต้านทานแรงโน้มถ่วงของดาวนิวตรอนไม่ไหวและยุบตัวลงเป็นหลุมดำ (Black Hole) ที่มืดมิดในที่สุด

ซูเปอร์โนวาแบ่งออกเป็น 2 แบบหลัก คือ

 1. ซูเปอร์โนวาแบบที่ 1 (Supernova Type I) หมายถึงซูเปอร์โนวาที่ไม่มีการดูดกลืนไฮโดรเจนในแถบสเปกตรัม สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

          1.1 ซูเปอร์โนวาชนิด 1a (Type Ia Supernova) เกิดจากระบบดาวคู่แบบใกล้ชิด (Close Binary Star) ที่ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งขยายตัวและถ่ายเทมวล (Mass Transfer) ไปยังดาวฤกษ์อีกดวงที่เป็นดาวแคระขาว จนดาวแคระขาวมีมวลมากกว่าขีดจำกัดจันทรเศขร (Chandrasekhar Limit) ดาวแคระขาวจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันเพื่อหลอมรวมธาตุที่มีอยู่ให้กลายเป็นธาตุที่หนักขึ้นและระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา ทำให้ไม่มีการดูดกลืนไฮโดรเจน ไม่มีการดูดกลืนฮีเลียม แต่มีการดูดกลืนซิลิกอนที่เป็นผลผลิตของคาร์บอนและออกซิเจนในแถบสเปกตรัม

          1.2 ซูเปอร์โนวาชนิด 1b (Type Ib Supernova) เกิดจากดาวฤกษ์ที่ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาโดยสูญเสียเปลือกไฮโดรเจนแต่เหลือเปลือกฮีเลียม ทำให้ไม่มีการดูดกลืนไฮโดรเจน แต่มีการดูดกลืนฮีเลียมในแถบสเปกตรัม

          1.3 ซูเปอร์โนวาชนิด 1c (Type Ic Supernova) เกิดจากดาวฤกษ์ที่สูญเสียเปลือกไฮโดรเจนและเปลือกฮีเลียมแต่เหลือเปลือกคาร์บอน ทำให้ไม่มีการดูดกลืนไฮโดรเจน ไม่มีการดูดกลืนฮีเลียม และไม่มีการดูดกลืนซิลิกอนในแถบสเปกตรัม

 2. ซูเปอร์โนวาแบบที่ 2 (Supernova Type II) หมายถึงซูเปอร์โนวาที่เกิดจากดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 4 เท่าของดวงอาทิตย์ทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชันของคาร์บอนกับออกซิเจนและเกิดธาตุเหล็กกับนิกเกิลเป็นผลผลิตสุดท้าย เมื่อแก่นเหล็กกับนิกเกิลมีมวลมากจนถึงจุดหนึ่ง ดาวฤกษ์ก็จะยุบตัวลงเป็นดาวนิวตรอน (หรือกลายเป็นหลุมดำหากมวลเริ่มต้นของดาวฤกษ์มีค่ามากพอ) ผลของการยุบตัวคือการสะท้อนกลับที่ทำให้ผิวกับเนื้อสารของดาวกระจายออกมาโดยรอบ ทำให้มีการดูดกลืนไฮโดรเจนในแถบสเปกตรัม
 
            เมื่อเวลาผ่านไป ซูเปอร์โนวาทั้งสองแบบจะลดความสว่างลงอย่างช้าๆ อย่างไรก็ตาม ซูเปอร์โนวาไม่ใช่สาเหตุเดียวที่สามารถทำลายชั้นโอโซนได้ เพราะการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ การระเบิดของภูเขาไฟ การพุ่งชนของอุกกาบาต การปะทุบนดวงอาทิตย์ และการระเบิดของรังสีแกมมาก็สามารถส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นของชั้นโอโซนได้เช่นกัน แต่สาเหตุส่วนใหญ่จะส่งผลกระทบต่อชั้นโอโซนได้เพียงไม่นาน และไม่น่าจะเป็นสาเหตุของการสูญเสียชั้นโอโซนที่ยาวนานซึ่งเกิดขึ้นในช่วงปลายของยุคดีโวเนียน เนื่องจากหลักฐานจากซากดึกดำบรรพ์พบว่าความหลากหลายทางชีวภาพลดลงเป็นเวลานานถึง 300,000 ปี ซึ่งน่าจะเป็นผลจากการระเบิดของซูเปอร์โนวามากกว่าหนึ่งครั้ง โดยคณะวิจัยกล่าวว่ากุญแจสำคัญในการพิสูจน์ว่ามีซูเปอร์โนวาเกิดขึ้นก็คือการค้นพบไอโซโทปกัมมันตรังสีของพลูโทเนียม-244 (Plutonium-244 หรือ Pu-244) และซามาเรียม-146 (Samarium-146 หรือ Sm-146) ในชั้นหินและซากดึกดำบรรพ์ที่สะสมตัวในช่วงเวลาที่เกิดการสูญพันธุ์ เนื่องจากไอโซโทปของธาตุทั้งสองชนิดไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลก ดังนั้น วิธีเดียวที่พวกมันสามารถเดินทางมาถึงโลกก็คือมาจากอวกาศ


          สำหรับยุคปัจจุบัน ดาวบีเทลจุส (Betelgeuse) ซึ่งเป็นดาวยักษ์แดงขนาดใหญ่ (Red Supergiant) ในกลุ่มดาวนายพราน (Orion) ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 600 ปีแสงก็อาจระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาได้ในอนาคตข้างหน้าและจะส่งผลกระทบต่อสภาพอวกาศ (Space Weather) และดวงดาวต่างๆ ในระยะทางประมาณ 25 ปีแสง ซึ่งหลายเดือนที่ผ่านมาดาวบีเทลจุสได้หรี่แสงลงจนนักวิทยาศาสตร์บางส่วนเกรงว่ามันกำลังจะระเบิด แต่สุดท้ายก็พบว่าสาเหตุที่ดาวบีเทลจุสหรี่แสงลงเป็นเพราะมีเมฆฝุ่น (Dust Cloud) เคลื่อนตัวมาบดบัง ไม่ได้เกิดจากปฏิกิริยาภายในดวงดาวแต่อย่างใด           แม้สมมติฐานกระแสหลักจะเชื่อว่าการสูญพันธุ์ในยุคดีโวเนียนและยุคคาร์บอนิเฟอรัส “น่าจะ” เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศ หรือปริมาณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และอุณหภูมิที่ลดลง หรือการระเบิดของภูเขาไฟขนาดใหญ่จนสิ่งมีชีวิตน้ำตื้นและแมลงขนาดใหญ่หายไปเป็นจำนวนมาก แต่สมมติฐานเหล่านี้ล้วนเป็นสาเหตุจากบนโลก การที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบหลักฐานว่าสาเหตุ “น่าจะ” มาจากนอกโลกจึงเป็นสมมติฐานที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง

 

อ้างอิง

• [1] https://news.illinois.edu/view/6367/750171228
• [2] https://www.pnas.org/content/early/2020/08/17/2013774117
• [3] https://www.nationalgeographic.com/science/prehistoric-world/mass-extinction/
• [4] https://web2.ph.utexas.edu/~coker2/index.files/latestages.htm
• [5] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Astro/snovcn.html
• [6] https://astrobites.org/2016/12/02/classifying-supernovae/
• [7] หนังสือ เอกภพ เพื่อความเข้าใจในธรรมชาติของจักรวาล โดย วิภู รุโจปการ
• [8] หนังสือ การดูดาวขั้นต้น (ฉบับปรับปรุง) โดย นิพนธ์ ทรายเพชร