ประวัติดาราศาสตร์จีนได้บันทึกว่า ในวันที่ 4 กรกฎาคม ค.ศ.1054 นักดาราศาสตร์จีนได้เห็นดาวฤกษ์ดวงหนึ่งระเบิดติดต่อกันนาน 23 วัน แล้วดาวระเบิดที่สว่างสุกใสยิ่งกว่าดาวศุกร์ดวงนั้นก็ได้หายไปจากสายตา จึงได้ขนานนามดาวนั้นว่า “ดาวอาคันตุกะ”
จนกระทั่งปี 1758 Charles Messier นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสซึ่งสนใจการล่าหาดาวหางได้บันทึกว่า เห็นดาวที่สว่างแบบสลัวๆ คือไม่คมชัดดวงหนึ่ง Messier จึงคิดว่ามันคงเป็นดาวหาง Halley แต่เมื่อตระหนักในความเข้าใจผิดของตน จึงจัดดาวชนิดใหม่นี้ให้อยู่ในประเภท M1 ในฐานะที่เป็นดาวฤกษ์ดวงแรกที่ไม่คมชัด และมิใช่ดาวหาง
ณ วันนี้ เรารู้แล้วว่าดาวระเบิดที่นักดาราศาสตร์จีนเห็นคือ supernova และดาวเบลอๆ ที่ Messier เห็นคือ เนบิวลาปู (Crab Nebula) ซึ่งเกิดจาก supernova ที่ระเบิดได้พ่นแก๊ส และมหาสมุทรฝุ่นออกมาห้อมล้อมดาวจึงทำให้เห็นมีลักษณะมัวๆ
เหตุการณ์รูปแบบเดียวกันนี้ได้บังเกิดอีกในฤดูร้อนของปี 1967 เมื่อ Jocelyn Bell ได้สังเกตเห็นว่าสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งมาจากดาวดวงหนึ่งในท้องฟ้ามีคาบสม่ำเสมอคือ 33 มิลลิวินาที
ในขณะนั้นเธอมีอายุ 24 ปี และกำลังศึกษาฟิสิกส์ระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Cambridge ในอังกฤษ โดยไปทำงานวิจัยที่หอสังเกตการณ์ Mullard และพยายามวิเคราะห์คลื่นวิทยุจากดาวฤกษ์ต่างๆ ที่ส่งผ่านอวกาศมายังโลก ในคืนวันหนึ่งเธอเห็นอุปกรณ์รับคลื่นได้บันทึกสัญญาณเป็นจังหวะอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่มีใครคาดฝันหรือคิดมาก่อน เธอจึงโทรศัพท์รายงานอาจารย์ที่ปรึกษาชื่อ Antony Hewish ให้ทราบเรื่อง “ความพิลึกประหลาด” ของสัญญาณ
ในเบื้องต้น Hewish เองคิดว่าเป็นสัญญาณที่ส่งมาจากมนุษย์ต่างดาว เพื่อความมั่นใจเขาจึงกำชับ Bell ให้ตรวจสอบซ้ำอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งเธอก็ทำตาม แต่กลับไม่ได้รับสัญญาณดังกล่าวอีกเลย จนกระทั่งถึงวันที่ 21 ธันวาคม เธอก็รับสัญญาณได้อีก แต่เป็นสัญญาณที่มีความถี่แตกต่างไปจากสัญญาณเดิม และต้นกำเนิดของสัญญาณก็มาจากท้องฟ้าในบริเวณที่อยู่ห่างจากตำแหน่งจากเดิม Hewish จึงมีความเห็นว่า มันเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ที่มนุษย์ต่างดาวสองกลุ่ม จะส่งสัญญาณถึงโลกในเวลาเดียวกัน Hewish เขาจึงเรียกดาวที่ส่งสัญญาณเป็นจังหวะๆ นี้ว่า pulsar (เพราะสัญญาณที่ได้รับมีลักษณะเป็น พัลส์ (pulse) คือมีจังหวะสม่ำเสมอ)
การศึกษาพัลซาร์ในเวลาต่อมาได้แสดงให้เห็นว่า มันเป็นดาวชนิดใหม่ เพราะดาวทั้งดวงประกอบด้วยอนุภาคนิวตรอน (neutron) ล้วนๆ มีขนาดเล็กมาก และเกิดจากการยุบตัวอย่างรุนแรงของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ โดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในตนเอง ขณะดาวดวงนั้นถึงวาระแตกดับ ความสำคัญของการค้นพบในครั้งนั้นทำให้ Hewish ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1974 ครึ่งหนึ่ง ในขณะที่ Jocelyn Bell ไม่ได้ร่วมรับรางวัลอันทรงเกียรตินี้ การพลาดรับรางวัลโนเบลทำให้ Fred Hoyle นักดาราศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงของอังกฤษได้กล่าวหาว่า อาจารย์ Hewish ได้ขโมยรางวัลโนเบลส่วนที่ควรเป็นของศิษย์ Bell ไปอย่างน่าละอาย
ทันทีที่ Hewish ทราบคำท้วงติง เขาได้กล่าวตอบว่าเขาได้ให้เครดิตในการพบ pulsar แก่ Bell แล้ว โดยการยอมรับว่า Bell คือ ผู้เห็นสัญญาณประหลาดเป็นคนแรก ร้อนถึงคณะกรรมการรางวัลโนเบลซึ่งได้ออกมาแถลงยืนยันว่า ผลที่ได้ตัดสินไปนั้นเหมาะสมแล้ว เพราะ Bell แม้จะได้เห็นเหตุการณ์ประหลาดเป็นคนแรก แต่ไม่รู้ว่ามันคืออะไร อีกทั้งมิได้ดำเนินการใดๆ ต่อไป ส่วน Hewish คือผู้ที่ตระหนักในความสำคัญของสิ่งที่ Bell เห็น และรู้ว่ามันเป็นสัญญาณที่ส่งมาจากดาวที่อยู่นอกระบบสุริยะ ดังนั้น Hewish จึงสมควรได้รับรางวัลโนเบล ส่วน Bell ไม่สมควร
ในฐานะเป็นผู้มีส่วนร่วมสำคัญในการค้นพบ pulsar ในครั้งนั้น Bell ได้กล่าวเชิงออกตัวว่ารางวัลโนเบลมักเป็นของนักวิทยาศาสตร์ผู้ทำผลงานที่สำคัญมาก และได้ทำงานติดต่อกันเป็นเวลานาน ตัว Bell เองเป็นเพียงนิสิตปริญญาเอกที่ได้ศึกษาเรื่องนี้เพียงไม่นาน ดังนั้นถ้ามีการมอบรางวัลโนเบลให้เธอ รางวัลก็จะมีคุณค่าน้อยลงทันที
Jocelyn Bell เกิดเมื่อวันที่ 15 กรกฎาคม ค.ศ.1943 ที่เมือง Belfast ในไอร์แลนด์ บิดา Philip Bell เป็นสถาปนิก ในสมัยที่ Bell เรียนหนังสือในระดับมัธยมศึกษาที่เมือง York เธอมีครูสอนฟิสิกส์ที่สอนฟิสิกส์ดีมากจนทำให้เธอหลงรักฟิสิกส์ แต่โรงเรียนไม่มีงบประมาณซื้อครุภัณฑ์ให้นักเรียนทดลอง ดังนั้นเธอจึงไม่มีประสบการณ์ทดลองในห้องปฏิบัติการเลย กระนั้น ครูก็ยังนำภาพของอุปกรณ์ต่างๆ มาให้นักเรียนดู ซึ่งทำให้เธอเห็นด้วยตาว่า อุปกรณ์ที่ครูพูดถึงเวลาสอนมีรูปร่างอย่างไร จะอย่างไรก็ตาม Bell ก็ไม่ท้อแท้ เพราะรู้สึกว่าเธอเริ่มสนใจดาราศาสตร์แล้ว โดยเฉพาะเรื่องธรรมชาติของคลื่นสัญญาณจากดาวฤกษ์ต่างๆ อันเป็นเรื่องที่วงการวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นกำลังสนใจ แม้เธอรู้ว่าคนที่เป็นนักดาราศาสตร์อาชีพต้องทำงานในเวลากลางคืน เธอก็ยังต้องการเป็นนักดาราศาสตร์อย่างแน่วแน่ แต่เธอไม่มีคนใกล้ชิดที่จะช่วยแนะนำเธอ ดังนั้นเธอจึงเขียนจดหมายถึงผู้อำนวยการ Bernard Lovell แห่งหอดูดาววิทยุที่ Jodrell Bank ผู้ที่เธอรู้จักจากการติดตามอ่านข่าวเกี่ยวกับเขาในหนังสือพิมพ์ และ Lovell ก็ได้ตอบจดหมายของเธอ โดยแนะนำให้เธอเรียนฟิสิกส์หรือวิศวกรรมไฟฟ้าแทน แต่ Bell ไม่เชื่อคำแนะนำของ Lovell เพราะเธอต้องการเป็นนักดาราศาสตร์อย่างเดียวเท่านั้น ดังนั้นจึงเดินทางไปเรียนดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Glasgow ในสกอตแลนด์ ซึ่งเป็นมหาวิทยาลัยเพียงไม่กี่แห่งในอังกฤษที่มีหลักสูตรวิทยาศาสตร์บัณฑิตด้านดาราศาสตร์ Bell ได้สมัครเป็นนิสิตของสถาบันนี้ และเป็นนิสิตหญิงเพียงคนเดียวในห้องที่มีนิสิตชาย 49 คน เธอจึงเป็นจุดสนใจของอาจารย์ทุกคน และเวลาเธอขาดเรียนใครๆ ก็สังเกตเห็น Bell สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีด้วยคะแนนเกียรตินิยมอันดับ 2 และได้ไปเรียนต่อระดับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Cambridge แต่ที่นั่นก็มีปัญหาเช่นเดียวกับที่อื่นๆ คือ เธอมีเพื่อนร่วมห้องที่เป็นผู้หญิงเพียงไม่กี่คน จนบางครั้งเธอรู้สึกเหงา ในที่สุดเธอได้ขอให้ Antony Hewish เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาของเธอในการทำวิทยานิพนธ์ โดยตั้งใจจะใช้ห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์วิทยุที่ Mullard ในการรับข้อมูลที่เป็นสัญญาณวิทยุจากดาวฤกษ์ต่างๆ ในท้องฟ้า
เธอเล่าว่า กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่เธอใช้ในเวลานั้น ในทุกวันจะมีกระดาษบันทึกข้อมูลที่ยาวประมาณ 30 เมตร เคลื่อนที่ผ่านออกมาให้เธออ่านกราฟของสัญญาณอย่างละเอียด ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ.1967 เธอได้เห็นว่าสัญญาณที่ได้รับ มีลักษณะเป็นจังหวะๆ ที่สม่ำเสมอทุก 1.339 วินาที แต่เธอไม่รู้เลยว่ามันเป็นสัญญาณจากที่ใด เพราะความเข้มของสัญญาณไม่มีทีท่าว่าจะลดเลย นั่นแสดงว่าแหล่งส่งต้องมีพลังงานมาก และมีมวลมากด้วย เธอจึงโทรศัพท์รายงาน Hewish ว่าสัญญาณที่เธอเห็น เกิดเฉพาะในเวลากลางคืน และคงไม่ได้มาจากลมสุริยะ (solar wind) เพราะลมสุริยะจะพัดเฉพาะในเวลากลางวัน ในขณะเดียวกันสัญญาณนั้นก็มิได้มาจากดาวเทียมหรือมาจากคลื่นเรดาร์ที่สะท้อนจากดวงจันทร์ จังหวะที่สม่ำเสมอของสัญญาณทำให้หลายคนคิดว่ามันเป็นสัญญาณที่มนุษย์ต่างดาวส่งมา Hewish จึงขอให้นักดาราศาสตร์หลายคนใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเล็งตรงไปที่บริเวณท้องฟ้าที่ Bell คิดว่าได้ส่งสัญญาณคลื่นมายังโลก และนักดาราศาสตร์ทุกคนก็รายงานว่าไม่เห็นอะไรในบริเวณที่ว่านั้นเลย
ในที่สุดเมื่อถึงเวลา 2 ยาม ของวันที่ 21 ธันวาคม Bell ก็ได้รับสัญญาณซ้ำอีก ความถี่ที่สม่ำเสมอแสดงว่า ต้นกำเนิดสัญญาณเป็นดาวขนาดเล็กที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วมาก และตำแหน่งของดาวที่ส่งคลื่น คือ ในดาราจักรทางช้างเผือก
ในอดีตเมื่อ 33 ปีก่อน นักวิทยาศาสตร์ 3 คน คือ Lev Landau แห่งรัสเซีย กับ Fritz Zwicky และ J. Robert Oppenheimer แห่งสหรัฐฯ ซึ่งได้ศึกษาวาระสุดท้ายของดาวฤกษ์ และต่างก็พบว่าเมื่อดาวฤกษ์ใกล้จะหมดเชื้อเพลิงที่มีในดาว เพราะไฮโดรเจนได้รวมตัวกันเป็นฮีเลียม และฮีเลียมรวมกันเป็นคาร์บอน ออกซิเจน ซิลิคอน และเหล็ก ตามลำดับ โดยกระบวนการ fusion ซึ่งปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ออกมา และเมื่อเหล็กไม่สามารถหลอมรวมได้อีกต่อไป ดาวดวงนั้นก็หมดเชื้อเพลิงจริงๆ จากนั้นแรงโน้มถ่วงที่มากมหาศาลของดาวก็จะดึงดูดเนื้อดาวลงอย่างรวดเร็วและดาวถูกอัดอย่างรุนแรง จนกระทั่งดาวมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวในระดับกิโลเมตร ซึ่งทำให้แรงโน้มถ่วงที่ผิวดาวมีค่าประมาณ 1,000 ล้านเท่าของแรงโน้มถ่วงที่ผิวโลก
ดังนั้นวัตถุใดๆ ที่ตกสู่ผิวดาว จะไม่ตกในลักษณะเป็นก้อน แต่จะตกลงในลักษณะเม็ดฝุ่น เพราะแรงโน้มถ่วงที่มากมหาศาลของดาวใดดึงเนื้อสารจนดาวแตกสลาย เมื่ออะตอมในเนื้อดาวถูกบีบอัด อิเล็กตรอนจะไปรวมกับโปรตอนเป็นนิวตรอนและนิวตริโน และนิวตริโนจะหลุดหนีไปจากดาว ดังนั้นดาวจึงมีแต่นิวตรอนล้วนๆ และสามารถหมุนรอบตัวเองได้รวดเร็วมาก อีกทั้งสามารถส่งคลื่นวิทยุก็ได้ การหมุนรอบตัวเองของดาวจะทำให้ลำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งมายังโลกปรากฏต่อเครื่องรับในลักษณะเดียวกับแสงจากประภาคาร Zwicky ยังได้พบอีกว่า ในกรณีดาวที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของดวงอาทิตย์ มันจะยุบตัวอย่างรวดเร็วจนทำให้เกิด shock wave และพลังระเบิดจะดันเนื้อดาวบางส่วนออกไปอย่างรุนแรง เขาจึงเรียกดาวฤกษ์ที่ระเบิดว่า supernova
แต่การระเบิดของ supernova ทุกครั้งก็ไม่จำเป็นต้องเกิด pulsar เพราะดาวจะระเบิดอย่างไรขึ้นกับมวลของดาวดวงนั้น ตามปกติ supernova จะมีอายุขัยระดับหมื่นปี และการระเบิดจะขับสสารให้แพร่กระจายไปในอวกาศ แล้วดาวก็ดับขันธ์ไป เหลือแต่ pulsar ให้มีชีวิตอยู่ได้นานเป็นล้านปี ดังนั้น pulsar จึงมักไม่อยู่ใน supernova เพราะมันมีอายุมากกว่า ด้วยเหตุนี้ pulsar จึงเป็นดาวไม่เหมือนดาวอื่นที่ตามปกติจะไม่มีใครเคยเห็นมาก่อน การค้นพบนี้ทำให้นักดาราศาสตร์หันมาสนใจศึกษา pulsar มาก และได้หวนกลับไปค้นหา pulsar ในเนบิวลาปูที่เคยระเบิดเมื่อ ค.ศ.1597 ในที่สุดก็ได้พบว่าในเนบิวลาปูมี pulsar จริงๆ
ในส่วนของ Bell นั้น หลังจากที่สำเร็จการศึกษาแล้ว เธอได้ไปเป็นอาจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Southampton แล้วได้เข้าพิธีสมรสกับ Martin Burnell ครอบครัวเธอมีลูกชาย 1 คน จากนั้นเธอได้หวนกลับไปทำงานดาราศาสตร์ต่อ แต่คราวนี้เธอกลับสนใจดาราศาสตร์รังสีแกมมา ซึ่งต้องใช้บอลลูนขนาดใหญ่บรรทุกอุปกรณ์ขึ้นรับรังสีแกมมาจากดาวฤกษ์ เมื่อเธอลาออกจากมหาวิทยาลัย Southampton เพื่อไปรับงานใหม่เป็นอาจารย์ฟิสิกส์ที่ University College ใน London แล้วได้ย้ายไปทำงานที่ Royal Observatory ที่ Edinburgh ในสกอตแลนด์
ในปี 2555 ซึ่งเป็นวาระครบรอบ 25 ปี แห่งการพบ pulsar สมาคม Royal Society ได้จัดงานฉลองการค้นพบนี้ และเธอก็ได้กล่าวบรรยายประวัติความเป็นมาของการพบ pulsar อีกทั้งให้ข้อแนะนำแก่นักดาราศาสตร์รุ่นหลังว่า ชีวิตนักดาราศาสตร์แบบเธอนั้นไม่ง่าย เพราะต้องคอยสังเกตดูเหตุการณ์ที่จะเกิดบนท้องฟ้า จากต่างดาว จนบางครั้งนักดาราศาสตร์ต้องคอยเป็นเวลานานมากจึงจะเห็น นอกจากนี้เธอก็ไม่สามารถตระเตรียมสิ่งที่จะทดลองล่วงหน้าได้เหมือนนักวิทยาศาสตร์ประเภทอื่น เพราะ pulsar อยู่ไกล และมีขนาดใหญ่เกินไป
แม้ Bell จะไม่ได้รับรางวัลโนเบลก็ตาม แต่เธอก็ได้รับความเห็นอกเห็นใจ และได้รับรางวัลอื่นๆ มากมาย เช่น เหรียญ Michelson ร่วมกับ Hewish เหรียญ Herschel ของ Royal Astronomical Society เป็นสมาชิกของ Royal Society เป็นศาสตราจารย์แห่ง Open University of London และในปี 2550 เธอได้รับโปรดเกล้าฯ เป็น Dame of the Order of the British Empire
ณ วันนี้ โลกเรียกดาว pulsar ที่เธอพบว่า PSR 1919+21 เพราะอยู่ในหมู่ดาว Velpecula (อักษรย่อ PSR มาจาก pulsating source of radio ส่วนตัวเลขนั้นบอกตำแหน่งของดาวดวงนั้นบนท้องฟ้า) นักดาราศาสตร์ทั่วโลกได้เห็น pulsar แล้วประมาณ 2,000 ดวง
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
