กระจุกดาวเปิด
เนบิวลาเปรียบเสมือนรังไข่ของดาว เนบิวลาเป็นกลุ่มแก๊สซึ่งประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งเป็นวัตถุต้นกำเนิดของดาว เนบิวลาแต่ละกลุ่มมีขนาดหลายปีแสง สามารถก่อกำเนิดดาวฤกษ์จำนวนหลายร้อยดวงในระยะเวลาไล่เลี่ยกัน แสดงการเปรียบเทียบภาพถ่ายในช่วงแสงที่ตามองเห็นกับภาพอินฟราเรดของเนบิวลาสว่างใหญ่ในกลุ่มดาวนายพราน (M 42 Great Orion Nebula)
ภาพถ่ายแสงที่ตามองเห็นด้านซ้ายมือแสดงให้เห็นว่าใจกลางของเนบิวลาเต็มไปด้วยกลุ่มแก๊สหนาทึบ มีดาวฤกษ์ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของแสงซึ่งเรียกว่า “เทรปีเซียม” (Trapezium) อยู่ภายในเพียงไม่กี่ดวง แต่ภาพถ่ายอินฟราเรดทางด้านขวามือแสดงให้เห็นว่า ภายในใจกลางของเนบิวลามีดาวอยู่เป็นจำนวนมาก ทั้งนี้เนื่องจากรังสีอินฟราเรดมีความยาวคลื่นมาก จึงส่องผ่านทะลุกลุ่มแก๊สออกมาได้
หลังจากที่โปรโตสตาร์จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันกลายเป็นดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิสูงมาจนแผ่รังสีอัลตราไวโอเล็ตและลมดาราวาต (Stellar Winds) ซึ่งเป็นกระแสอนุภาคพลังงานสูงที่มีลักษณะเช่นเดียวลมสุริยะของดวงอาทิตย์ พัดกวาดแก๊สในเนบิวลาให้สลายตัวไป เผยให้เห็นดาวฤกษ์เกิดใหม่นับร้อยดวงซึ่งซ่อนตัวภายในเรียกว่า “กระจุกดาวเปิด” (Open Cluster) เป็นภาพของกระจุกดาวลูกไก่ซึ่งมีแก๊สห่อหุ้มอยู่เบาบาง เนื่องจากดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ส่วนใหญ่มีอุณหภูมิสูงกว่า 10,000 K แผ่รังสีเข้มสุดในช่วงรังสีอัลตราไวโอเล็ต ซึ่งมีพลังงานสูง ทำลายอะตอมของไฮโดรเจนที่เคยเป็นแก๊สในเนบิวลา และในที่สุดก็จะเหลือให้เห็นเป็นเพียงกระจุกดาวเปิดเท่านั้น
อุปมาได้ว่าชีวิตของดาวเฉกเช่นชีวิตของคน แม้ว่าจะเกิดเป็นพี่น้องคลานตามกันมา แต่ละคนย่อมมีวิถีชีวิตเป็นของตัวเอง ดวงอาทิตย์ของเราถือกำเนิดพร้อมๆ กับดาวฤกษ์จำนวนมากซึ่งเป็นสมาชิกของกระจุกดาวเปิดภายในโซลาร์เนบิวลา (Solar nebula) แต่เมื่อกาลเวลาผ่านไป 4,600 ล้านปี ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากเผาผลาญเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็วและแตกดับสูญไปแล้ว ดาวฤกษ์มวลน้อยยังคงอยู่ ดาวแต่ละดวงแยกย้ายกันโคจรไปตามแขนของกาแล็กซีทางช้างเผือกในทิศทางที่แตกต่างกัน จึงไม่คงเหลือสภาพกระจุกดาวเปิดให้เห็น ดวงอาทิตย์ของเราโคจรรอบทางช้างเผือกมาแล้วมากกว่า 15 รอบ
ในการสาธิตสมบัติของดาวฤกษ์เกิดใหม่ นักดาราศาสตร์ได้นำสมบัติของดาวฤกษ์ในกระจุกดาวลูกไก่มาลงจุดแสดงในแผนภาพแฮรท์สชปรุง – รัสเซลล์ (H-R Diagram) ดังภาพที่ 3 จะเห็นว่า สมาชิกดาวส่วนใหญ่เป็นดาวลำดับหลักที่มีสเปกตรัม A และ F ซึี่งเป็นดาวสีขาว นอกจากนั้นยังมีดาวยักษ์สีขาวเป็นจำนวนมาก ดาวยักษ์เหล่านี้มีอุณหภูมิสูงเนื่องจากมีมวลตั้งตั้นสูง เกิดปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชันอย่างรุนแรง ดาวเผาผลาญเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็ว ทำให้ดาวมีอายุสั้นเมื่อเปรียบเทียบกับดาวลำดับหลักสีแดง ซึ่งมีมวลตั้งต้นต่ำ เกิดปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชันไม่รุนแรง ดาวเผาผลาญเชื้อเพลิงอย่างช้าๆ ทำให้ดาวมีอายุยืนยาว
กระจุกดาวเปิด (Open Cluster) เป็นกลุ่มของดาวฤกษ์ในหลักร้อยหรือพันดวงที่มีอายุพอๆกัน มากระจุกตัวกัน ซึ่งดาวฤกษ์สมาชิกของกระจุกดาวเปิด จะก่อตัวจากเมฆของฝุ่นและแก๊สก้อนเดียวกัน แล้วเกาะกลุ่มกันหลวมๆด้วยแรงโน้มถ่วง แต่เมื่อเทียบกับกระจุกดาวทรงกลม (Globular cluster) กรณีหลัง ดาวฤกษ์สมาชิกจะเกาะกลุ่มด้วยแรงโน้มถ่วงอยู่กันหนาแน่นกว่า
เราสามารถพบกระจุกดาวเปิดได้ตามบริเวณที่ดาวฤกษ์ก่อตัว ในกาแล็กซีแบบกังหันและไร้รูปร่างเท่านั้น
กระจุกดาวเปิดเหล่านี้มักมีอายุอย่างมากไม่กี่ร้อยล้านปี (ถือว่ามีอายุน้อยมากหากเทียบกับเอกภพ) และดาวฤกษ์สมาชิกของกระจุกดาวเปิดจะค่อยๆคลายการกระจุกตัวออก กระจุกดาวเปิดอายุน้อยอาจยังคงอยู่ในเมฆแก๊สที่สร้างกระจุกดาวนั้น การแผ่รังสีจากดาวในกระจุกดาวจะทำให้เนบิวลาดังกล่าวส่องสว่างขึ้นมา อย่างเช่น เนบิวลาหัวม้าในกลุ่มดาวนายพราน
กระจุกดาวเปิดที่มีชื่อเสียงมากที่สุด คือกระจุกดาวลูกไก่ เป็นที่รู้จักกันมาเนิ่นนานนับแต่โบราณว่าเป็นกลุ่มของดวงดาว ส่วนกระจุกดาวอื่น ๆ จะเป็นที่รู้จักเพียงกลุ่มแสงฝ้า ๆ บนฟ้าเท่านั้น กว่าจะเป็นที่ทราบกันว่ากลุ่มแสงฝ้าเหล่านั้นเป็นกลุ่มของดาวหลายดวง ก็เมื่อมีการคิดค้นกล้องโทรทรรศน์ขึ้นแล้ว การสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ช่วยทำให้แยกแยะประเภทของกระจุกดาวสองจำพวกออกจากกันได้ พวกหนึ่งคือกลุ่มของดาวฤกษ์หลายพันดวงที่มีการกระจายตัวกันแบบทรงกลมปกติ มักพบในบริเวณใกล้ศูนย์กลางของดาราจักรทางช้างเผือก อีกพวกหนึ่งมีดวงดาวรวมกันอยู่แบบกระจัดกระจาย ไม่มีรูปร่างที่แน่นอน มักพบในท้องฟ้าส่วนอื่นโดยทั่วไป นักดาราศาสตร์เรียกกระจุกดาวแบบแรกว่า กระจุกดาวทรงกลม และเรียกกระจุกดาวแบบหลังว่า กระจุกดาวเปิด ในบางครั้งอาจจะเรียกกระจุกดาวเปิดว่าเป็น กระจุกของดาราจักร เนื่องจากจะพบได้เพียงบนระนาบของดาราจักรทางช้างเผือกเท่านั้น ดังจะอธิบายต่อไปด้านล่าง
เป็นที่ทราบกันมานานก่อนหน้านี้แล้วว่า ดาวฤกษ์ที่อยู่ในกระจุกดาวเปิดกลุ่มเดียวกัน จะมีความสัมพันธ์กันในทางกายภาพ คุณพ่อจอห์น มิเชล ได้คำนวณไว้เมื่อปี ค.ศ. 1767 ว่า โอกาสที่ดาวฤกษ์ในกลุ่มเดียวกัน เช่นดาวฤกษ์ในกระจุกดาวลูกไก่ จะเป็นผลจากมุมมองการสังเกตโดยบังเอิญที่เห็นจากโลก ได้เพียง 1 ใน 496,000 ส่วนเท่านั้น[1] เมื่อวิชาดาราศาสตร์มีความแม่นยำมากยิ่งขึ้น ทำให้พบว่ากระจุกดาวฤกษ์มักจะมีการเคลื่อนที่เฉพาะผ่านห้วงอวกาศสอดคล้องไปในทางเดียวกัน ขณะที่การตรวจวัดสเปกตรัมก็พบว่าความเร็วเชิงรัศมีของดาวฤกษ์เหล่านั้นมีความสอดคล้องกัน แสดงว่าดาวฤกษ์ในกระจุกดาวเดียวกันเป็นดาวที่เกิดในเวลาเดียวกันและดึงดูดกันและกันเอาไว้เป็นกลุ่ม
แม้จะแบ่งกระจุกดาวออกเป็นสองพวก คือกระจุกดาวเปิดและกระจุกดาวทรงกลม แต่ในบางครั้งก็อาจไม่เห็นความแตกต่างมากนักระหว่างกระจุกดาวทรงกลมที่ค่อนข้างกระจายตัว กับกระจุกดาวเปิดแบบที่ค่อนข้างหนาแน่น นักดาราศาสตร์บางคนเชื่อว่ากระจุกดาวทั้งสองประเภทนี้ก่อตัวขึ้นด้วยกลไกพื้นฐานที่เหมือน ๆ กัน แตกต่างกันแต่เพียงเงื่อนไขที่ช่วยให้การก่อตัวของกระจุกดาวทรงกลมแบบหนาแน่น ที่มีดาวฤกษ์นับแสน ๆ ดวงไม่อาจพบได้ในดาราจักรของเราเท่านั้น
ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่มักมีการจับกลุ่มกันเป็นระบบดาวหลายดวงมานับแต่แรกเริ่ม[2] เพราะกลุ่มแก๊สที่มีมวลจำนวนมากขนาดหลาย ๆ เท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั้นจึงจะหนักมากพอที่จะยุบตัวลงด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวมันเองได้ และเมฆแก๊สที่มีมวลมากขนาดนั้นไม่สามารถยุบตัวลงเป็นดาวฤกษ์เดี่ยวเพียงดวงเดียว[3]
การก่อตัวของกระจุกดาวเปิดเริ่มต้นขึ้นเมื่อมีการยุบตัวลงบางส่วนของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ กลุ่มเมฆแก๊สที่ทั้งเย็นและหนาแน่นนี้มีมวลเป็นหลายพันเท่าของมวลดวงอาทิตย์ มีปัจจัยมากมายที่อาจทำให้เมฆโมเลกุลเหล่านี้ยุบตัวลง (หรือยุบลงบางส่วน) หรือทำให้เกิดการระเบิดในระหว่างการกำเนิดของดาวฤกษ์ ซึ่งทำให้กลายเป็นกระจุกดาวเปิด ปัจจัยเหล่านั้นรวมถึงคลื่นกระแทกจากซูเปอร์โนวาใกล้เคียงหรือจากปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วง เมื่อเมฆโมเลกุลยักษ์เริ่มยุบตัวลง ดาวฤกษ์ก็เริ่มก่อตัวขึ้นระหว่างการแตกตัวของเมฆอย่างต่อเนื่องเป็นชิ้นส่วนที่เล็กลงและเล็กลงเรื่อย ๆ ผลที่ได้ทำให้เกิดเป็นดาวฤกษ์จำนวนนับพันดวง สำหรับในดาราจักรของเรา อัตราการก่อตัวของกระจุกดาวเปิดอยู่ที่ประมาณหนึ่งครั้งต่อทุก ๆ เวลาไม่กี่พันปี[4]
ทันทีที่กระบวนการก่อตัวของดาวฤกษ์เริ่มขึ้น ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดและร้อนที่สุด (รู้จักในชื่อดาวโอบี) จะปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตออกมาเป็นจำนวนมาก รังสีเหล่านี้ทำให้แก๊สในเมฆโมเลกุลยักษ์แตกตัวอย่างรวดเร็ว เกิดเป็นย่านที่เรียกว่า บริเวณเอช 2 ลมดาวฤกษ์จากดาวมวลมากเหล่านี้ร่วมกับแรงดันจากการแผ่รังสีจะผลักแก๊สออกไป หลังจากผ่านไปหลายล้านปีกระจุกดาวจะเริ่มประสบกับภาวะซูเปอร์โนวาเป็นครั้งแรก ซึ่งจะทำให้สูญเสียแก๊สออกไปจากระบบดาวเช่นเดียวกัน เมื่อผ่านไปอีกหลายสิบล้านปีบริเวณกระจุกดาวก็จะไม่มีแก๊สและไม่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์ใหม่อีกต่อไป โดยทั่วไปแล้วมีแก๊สในบริเวณกระจุกดาวเพียง 10% เท่านั้นที่จะกลายสภาพมาเป็นดาวฤกษ์ ส่วนที่เหลือถูกไล่กระจายหายไปหมด[4]
