ยามค่ำคืน เรามักเห็นดวงดาวระยิบระยับอยู่บนท้องฟ้า และดาวส่วนหนึ่งบนนั้นเป็นดาวฤกษ์ หรือดาวที่มีแสงสว่างในตัวเอง และแน่นอนว่าพวกมันเกิดขึ้น ดำรงอยู่ และเกิดการเปลี่ยนแปลงหรืออาจจะสลายไปในวันหนึ่ง โดยผ่านกาลเวลาที่นานแสนนาน

ดาวฤกษ์เกิดจากกลุ่มก๊าซขนาดใหญ่ (ส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจน) ยุบตัวลงด้วยแรงดึงดูดโน้มถ่วงของตัวเอง ในขณะที่ยุบตัวนั้น อะตอมของก๊าซจะพุ่งชนกันถี่ขึ้นด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ อุณภูมิของก๊าซจึงสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนที่สุด ความร้อนจะสูงจนถึงระดับที่อะตอมของไฮโดรเจนเกาะตัวกันกลายเป็นฮีเลียม ในสภาวะเช่นนี้ ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเหมือนกับการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจน ความร้อนที่เกิดขึ้นในส่วนนี้ จะช่วยเพิ่มแรงกดดันให้ก๊าซจนมากพอที่จะต้านทานแรงดึงดูดให้หยุดยุบตัวและอยู่ในสภาวะสมดุล

ดาวฤกษ์จะมีเสถียรภาพเช่นนี้เป็นเวลายาวนานจากความร้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ต้านทานแรงดึงดูดโน้มถ่วง  แต่ในที่สุดแล้ว เมื่อไฮโดรเจนและก๊าซที่เป็นเชื้อเพลิงถูกเผาหมดลง มันจะเย็นลงและเริ่มยุบตัว

สิ่งที่น่าสนใจคือ แล้วดาวจะยุบตัวไปเรื่อย ๆ หรือมีจุดสิ้นสุดที่ตรงไหนล่ะ?

สุบราห์มายาน จันทรสิกขาร์ (Subrahmanyan Chandrasekhar) นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ได้มีสมมติฐานว่า เมื่อดาวฤกษ์มีขนาดเล็กลง อนุภาคสสารจะมีตำแหน่งอยู่ชิดกันมากขึ้น ซึ่งในสมัยนั้นเชื่อกันว่า ในสภาวะเช่นนั้น อนุภาคจะมีความเร็วต่างกัน และจะเคลื่อนตัวออกจากกัน จึงมีแนวโน้มที่จะทำให้ดาวขยายตัวออก ดังนั้น ดาวจึงอยู่ในสภาวะสมดุลในลักษณะใหม่ เป็นความสมดุลระหว่างแรงดึงดูดกับแรงผลัก

อย่างไรก็ตาม จันทรสิกขาร์เชื่อว่า แรงผลักดังกล่าวนั้นมีขอบเขตจำกัด โดยขึ้นอยู่กับมวลของดวงดาวนั้นเอง เขาคำนวณพบว่า ในกรณีของดาวฤกษ์ที่เย็นลงมีมวลมากกว่า 1 เท่าครึ่งของดวงอาทิตย์ แรงผลักนั้นจะมีกำลังน้อยกว่าแรงโน้มถ่วง นั่นคือ ไม่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงของตัวเองได้ มวลระดับนี้เรียกกันในเวลาต่อมาว่า ขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์หรือขีดจำกัดจันทรเศขร (Chandrasekhar limit)

ดังนั้น ถ้าหากมวลของดาวมีค่าน้อยกว่าขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์ มันจะหยุดยุบตัวและกลายเป็น “ดาวแคระขาว (White Dwarf)” ที่มีรัศมีไม่กี่พันไมล์ แต่มีความหนาแน่นหลายร้อยตันต่อ 1 ลูกบาศก์นิ้ว ซึ่งเป็นสภาวะสุดท้ายของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบดาวแคระขาวแบบนี้เป็นจำนวนมาก

แต่ในกรณีของดาวที่มีมวลสูงกว่าขีดจำกัดของจัทรสิกขาร์ล่ะ?

ดาวที่มีมวลมากในระดับนั้น เมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาจนหมด ในบางกรณีมันอาจระเบิดออกมา (Supernova) หรือ ปล่อยสสารออกมา เพื่อรักษาระดับมวลให้อยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดของจันทรสิกขาร์ ไม่ให้พบหายนะจากแรงดึงดูดโน้มถ่วง แต่หลังจากนั้นใจกลางของมันจะมีความหนาแน่นสูง และแรงดึงดูดโน้มถ่วงจะทำให้เกิดการยุบตัวกลายเป็นดาวนิวตรอน หรือบริเวณที่เรียกว่า "หลุมดำ" (Black Hole) ซึ่งเป็นบริเวณที่มีแรงดึงดูดโน้มถ่วงมหาศาลและมืดสนิท แม้แต่แสงก็ไม่อาจเล็ดลอดออกมาได้นั่นเอง

บทความที่เกี่ยวข้อง
- หลุมดำไม่ดำสนิท