บีเทลจุสมืดลงอีกครั้ง(และสาเหตุของการมืดลงครั้งที่แล้ว)

 

บีเทลจุสเป็นดาวซุปเปอร์ยักษ์สีแดงมวลสูง ที่อยู่ในช่วงบั้นปลายชีวิต อยู่ที่ตำแหน่งไหล่ขวาของนายพราน(Orion) credit: National Geographic image collection 

     และในขณะที่คุณคิดว่าคงปลอดภัยแล้วที่จะกลับไปไม่สนใจบีเทลจุส(Betelgeuse) ดาวซุปเปอร์ยักษ์แดงดวงนี้ก็เริ่มมีพฤติกรรมแปลกๆ อีกครั้ง หลังจากที่มืดลงอย่างรุนแรงและจากนั้นก็สว่างขึ้นในยกแรก ขณะนี้ บีเทลจุสเริ่มมืดลงอีกครั้ง ยิ่งกว่านั้น การมืดลงครั้งนี้ยังไม่สอดคล้องกับวัฏจักรการแปรแสงรอบปัจจุบันของบีเทลจุสด้วย และอีกเช่นกัน ที่มันกำลังขยับเข้าไปอยู่ในจุดสนใจอีกครั้ง

     บีเทลจุส ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 700 ปีแสงในกลุ่มดาวนายพราน(Orion) และเป็นหนึ่งในดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดบนท้องฟ้า และยังเป็นหนึ่งในดาวที่น่าสนใจมากที่สุดด้วย นั้นก็เป็นเพราะสำหรับดาวชนิดนี้แล้ว มันมีอายุเก่าแก่มากที่ราว 8 ถึง 8.5 ล้านปี และกำลังเดินเข้าใกล้ประตูแห่งความตาย คิดกันว่ามันมีมวลระหว่าง 10 ถึง 25 เท่าดวงอาทิตย์ และใช้ชีวิตเกือบทั้งหมดเป็นดาวมวลสูงร้อนสีฟ้าขาว และขณะนี้ เมื่อวันเวลาในช่วงวิถีหลัก(main-sequence) ที่หลอมไฮโดรเจนให้กลายเป็นฮีเลียมในแกนกลางดาว ได้ผ่านพ้นไป บีเทลจุสก็หมดไฮโดรเจนลงเมื่อนานมาแล้ว และตอนนี้มันกำลังหลอมฮีเลียมให้กลายเป็นคาร์บอนและออกซิเจนแทน  มันมีขนาดใหญ่โตมากถึง 900 เท่าของดวงอาทิตย์ จนถ้านำบีเทลจุสมาวางไว้แทนที่ดวงอาทิตย์ในใจกลางระบบสุริยะของเรา พื้นผิวส่วนนอกของมันน่าจะแผ่จนเลยวงโคจรของดาวพฤหัสฯ ออกมา

       และเมื่อมันหลอมฮีเลียมจนหมด มันก็จะเริ่มหลอมธาตุที่หนักขึ้นเรื่อยๆ เป็นสาเหตุให้เกิดการสะสมของเหล็กในแกนกลาง จนสุดท้ายทำให้ดาวระเบิดกลายเป็นซุปเปอร์โนวา แต่แม้ว่าจะมีการคาดการณ์ว่ามันจะหรี่แสงลงอย่างรุนแรงก่อนการระเบิดครั้งใหญ่ แต่ก็ยังไม่น่าจะถึงช่วงเวลานั้น นักดาราศาสตร์ทำนายว่าน่าจะยังต้องรอไปอีกหลายหมื่นปี

เมื่อช่วงปลายปี 2019 นักดาราศาสตร์สังเกตว่าบีเทลจุสมีความสว่างลดลงเรื่อยๆ credit: Brian Ottum Animas, Mexico 

     การมืดลงอย่างรุนแรงของบีเทลจุสเกิดขึ้นระหว่างเดือนกันยายน 2019 ถึง กุมภาพันธ์ 2020 ซึ่งมีชื่อเล่นว่า Great Fainting แน่นอนว่าเกิดอย่างรุนแรง ทำให้ความสว่างของดาวลดลงเกือบ 25% บีเทลจุสเองเป็นดาวแปรแสงกึ่งปกติ(semi-regular variable star) ซึ่งหมายความว่า แสงของมันจะเปลี่ยนแปลงไปไม่มากในวัฏจักรที่เป็นปกติ วัฏจักรเหล่านี้ อันที่นานที่สุดก็คือราว 5.9 ปี อีกวัฏจักรที่ 425 วัน Great Fainting นั้นใกล้กับช่วงที่สลัวที่สุดที่เกิดทั้งสองวัฏจักรขึ้นพร้อมกัน แต่กลับเป็นว่าพวกเขาแทบไม่รู้อะไรเลย

     ขณะนี้ การสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่นำโดย Andrea Dupree รองผู้อำนวยการศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์(CfA) ได้แสดงว่า การมืดลงอย่างคาดไม่ถึงของบีเทลจุส น่าจะเกิดขึ้นจากวัสดุสารร้อนจัดจำนวนมากที่ดาวผลักออกมาด้วยความเร็วสูงราว 320,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ได้ก่อตัวเป็นเมฆฝุ่นที่ปิดกั้นแสงของดาวไว้บางส่วนเป็นช่วงเวลาหนึ่ง

     การสำรวจบีเทลจุสของฮับเบิลในช่วงอุลตราไวโอเลตเริ่มต้นในเดือนมกราคม 2019 และดำเนินไปอีกหลายเดือน ได้ให้ไทม์ไลน์ที่นำไปสู่การมืดลง การสำรวจได้ให้เงื่อนงำใหม่สู่กลไกเบื้องหลังการมืดลงของดาว ฮับเบิลได้พบสัญญาณของวัสดุสารก๊าซมีประจุ(plasma) หนาทึบที่ร้อนเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศของดาว ในเดือนกันยายน, ตุลาคม และพฤศจิกายน 2019 จากนั้น ในเดือนธันวาคม กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินหลายแห่งก็สำรวจพบว่าดาวมีความสว่างลดลงที่ซีกโลกใต้ของมัน

กราฟสเปคตรัมจากการสำรวจของกล้องฮับเบิลตั้งแต่มีนาคม 2019 ถึง กุมภาพันธ์ 2020 ฮับเบิลบันทึกการปะทุในชั้นบรรยากาศของบีเทลจุสไว้ได้ การตรวจสอบการเปล่งคลื่นจากมักนีเซียม II ถูกใช้เพื่อตามรอยการเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศที่กำลังหดพองของดาว STIS(Space Telescope Imaging Spectrograph) ของฮับเบิลจับพบความสว่างของเส้น Mg II ที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในเดือน ตค 2019 ในพื้นที่ตะวันออกเฉียงใต้ของดาวตามที่ตีกรอบเป็นวงกลม(บีเทลจุสอยู่ใกล้มากพอและใหญ่มากพอที่ฮับเบิลจะเผยให้เห็นดิสก์ขนาดมหึมาของมันได้) เหตุการณ์ที่รุนแรงนี้แตกต่างจากที่พบเห็นปกติในคาบการหดพอง 425 วันของดาว ในเวลาเดียวกันในเดือน ตค ดาวก็มืดลงอย่างฉับพลัน การมืดลงดำเนินต่อไปจนถึง กพ 2020 ซึ่งข้อมูลสเปคตรัมช่วงยูวีจากฮับเบิลก็เผยให้เห็นสภาพคืนสู่ความเป็นปกติ สงสัยกันว่าการปะทุได้ผลักเมฆพลาสมาร้อนก้อนหนึ่งออกมา ซึ่งเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วกลายเป็นฝุ่นที่ปิดกั้นแสงของดาวในสัดส่วนพอสมควรไว้ไปหลายเดือน การเฝ้าดูบีเทลจุสอย่างยาวนานช่วยปะติดปะต่อปริศนานี้ 

     ด้วยฮับเบิล เราได้เห็นวัสดุสารเมื่อมันออกจากพื้นผิวที่มองเห็นได้ของบีเทลจุส และเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ ก่อนที่ฝุ่นจะก่อตัวขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุให้ดาวดูมืดลง Dupree กล่าว เราสามารถเห็นผลจากพื้นที่ร้อนทึบในส่วนตะวันออกเฉียงใต้ของดาวที่ขยับห่างออกไป วัสดุสารนี้สว่างกว่าความสว่างปกติของดาว 2 ถึง 4 เท่า และจากนั้น ในอีกประมาณหนึ่งเดือนถัดมา พื้นที่ส่วนใต้ของบีเทลจุสก็มืดลงราวกับว่าดาวเรืองสว่างลดลง เธอกล่าว เราคิดว่าเป็นไปได้ที่เมฆทึบที่เป็นผลจากก๊าซที่ไหลออกที่ฮับเบิลได้พบ  

     ยังคงไม่ชัดเจนว่าอะไรที่ทำให้เกิดการปะทุเมื่อปลายปี 2019 แต่ Dupree และผู้เขียนร่วมการศึกษา Klaus Strassmeier จากสถาบันไลป์นิซเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ พอดชดัม ในเจอรมนี คิดว่ามันน่าจะเกิดจากการหดพองตามปกติของบีเทลจุส Strassmeier ใช้กล้องโทรทรรศน์อัตโนมัติที่สถาบันไลป์นิซที่เรียกว่า STELLar Activity เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความร้อนของก๊าซบนพื้นผิวพบว่า ดาวกำลังพองตัวออกในเวลาเดียวกับที่มีเซลการพาความร้อน(convective cell) ขนาดใหญ่เซลหนึ่งที่ลอยตัวขึ้นมาบนพื้นผิวดาว และผลักก้อนพลาสมาร้อนยิ่งยวดออกมาผ่านชั้นบรรยากาศที่ร้อนเข้าสู่ชั้นส่วนนอกที่เย็นกว่า และลอยไปอาจจะไกลหลายล้านกิโลเมตรจากดาวที่ร้อน ซึ่งพลาสมาจะเย็นตัวลงและสร้างเม็ดฝุ่นขึ้น เมฆฝุ่นที่เกิดขึ้นได้กันแสงดาวไว้ประมาณ 25% ตั้งแต่ปลายปี 2019 เป็นต้นมา และกระทั่งเดือนเมษายน 2020 นี้ดาวก็กลับสู่ความสว่างปกติ

     ไม่ใช่เรื่องที่ผิดปกติอะไรสำหรับรุ่นอาวุโสเช่นนี้ เราเห็นสิ่งนี้เกิดขึ้นตลอดเวลากับซุปเปอร์ยักษ์แดง และมันก็เป็นเรื่องปกติในวัฏจักรชีวิตของพวกมัน Emily Leverque นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน กล่าวในเดือนมีนาคม ซุปเปอร์ยักษ์แดงจะทิ้งวัสดุสารออกจากพื้นผิวอยู่บ่อยครั้ง ซึ่งจะควบแน่นรอบๆ ดาวกลายเป็นฝุ่น เมื่อฝุ่นเย็นตัวลงและกระจายตัวออก มันจะดูดซับแสงที่เดินทางมาหาเราไว้บางส่วน ดังนั้น ปริศนา Great Fainting ก็คลี่คลายแล้ว

ภาพกราฟฟิคแสดงว่าพื้นที่ส่วนใต้ของซุปเปอร์ยักษ์แดงสว่าง บีเทลจุส อาจจะสลัวลงอย่างฉับพลันไปหลายเดือนในช่วงปลายปี 2019 จนถึงต้นปี 2020 ในสองช่องแรกตามที่สำรวจพบในช่วงอุลตราไวโอเลตโดยกล้องฮับเบิล มีก้อนพลาสมาร้อนสว่างก้อนหนึ่งถูกผลักมาพร้อมกับการลอยตัวของเซลพาความร้อน(convection cell) ขึ้นสู่พื้นผิวดาว ในช่องที่สาม ก๊าซที่ถูกผลักขยับไกลจากดาวออกมาอย่างรวดเร็ว มันจึงเย็นตัวลงกลายเป็นเมฆฝุ่นก้อนใหญ่ที่บดบังแสงไว้ ช่องสุดท้ายเผยให้เห็นเมฆฝุ่นก้อนยักษ์ที่กันแสงของดาว(ตามที่เห็นจากโลก) ไว้ประมาณหนึ่งในสี่ของพื้นผิว

     จริงๆ แล้ว ความสว่างสูงสุดของบีเทลจุสควรจะเกิดขึ้นแล้วในตอนนี้(ประมาณเดือนสิงหาคม-กันยายน 2020) ซึ่งมันควรจะสว่างขึ้นเรื่อยๆ ไปตลอดปีที่เหลือ แต่ในความเป็นจริง ค่อนข้างยากที่จะตามรอยความสว่างของมัน เนื่องจากตำแหน่งของบีเทลจุสบนท้องฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ด้านหลังดวงอาทิตย์ตั้งแต่เดือนพฤษภาคมจนถึงต้นเดือนสิงหาคม แต่ยาน STEREO
(Solar and Terrestrial Relation Observatory) ของนาซา ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ซึ่งตามหลังโลก ก็หมายความว่ามันน่าจะจับตาดูบีเทลจุสได้เป็นช่วงๆ

     แต่ตั้งแต่พฤษภาคมจนถึงกรกฎาคม เมื่อ STEREO สำรวจบีเทลจุส ดาวก็ไม่ได้สว่างขึ้น ซึ่งตรงกันข้าม ที่น่าประหลาดใจคือแทนที่จะค่อยๆ เพิ่มความสว่างขึ้น บีเทลจุสมีความสว่างลดลง 0.5 มักนิจูดตั้งแต่กลางเดือนพฤษภาคมถึงกลางเดือนกรกฎาคม ทีมของ Dupree เขียนไว้ใน Astronomer’s Telegram จากช่วงเวลาการสำรวจของ STEREO สามครั้งในวันที่ 24 มิถุนายน, 13 และ 20 กรกฎาคม ดาวได้มืดลงด้วยอัตรา 5 มิลลิมักนิจูดต่อวัน แต่ยังต้องค้นหาที่มาของการสลัวลงครั้งล่าสุด แม้ว่าจะไม่ได้รุนแรงเหมือนอย่าง Great Fainting แต่มันก็ไม่สอดคล้องกับวัฏจักรการแปรแสงใดๆ ของดาวเลย

STEREO สำรวจบีเทลจุส

     Dupree หวังว่าจะใช้ STEREO เพื่อทำการสำรวจติดตามผลเพื่อจับตาดูความสว่างของบีเทลจุสเพิ่มเติม แผนของเธอก็คือสำรวจบีเทลจุสอีกครั้งในปีหน้าด้วย STEREO เมื่อดาวน่าจะพองตัวอีกครั้งในวัฏจักรของมันว่าจะปล่อยก้อนพลาสมาออกมาอีกหรือไม่

     ข่าวดีก็คือ ขณะนี้บีเทลจุสกลับมาปรากฏบนท้องฟ้าให้เห็นได้ด้วยตาเปล่าอีกครั้ง ดังนั้น ก็สามารถทำการสำรวจเพิ่มขึ้นได้ กล้อง Heliospheric Imager ของ STEREO ได้บันทึกความสว่างของดาวในช่วงตาเห็น แต่เครื่องมืออื่นๆ ยกตัวอย่างเช่น เผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพื่อยืนยันหรือกำจัดกิจกรรมจุดดับได้ และบอกได้ว่าดาวกำลังเปลี่ยนแปลงขนาดหรือไม่ อย่างที่พบในกรณี Great Fainting

ภาพแสดงการตรวจสอบความสว่างของบีเทลจุสจากหอสังเกตการณ์หลายแห่งตั้งแต่ปลายปี 2018 จนถึงปัจจุบัน จุดสีฟ้าและเขียวเป็นข้อมูลจากภาคพื้นดิน ช่องว่างในการตรวจสอบเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อบีเทลจุสขึ้นและตกพร้อมกับดวงอาทิตย์ แต่ในระหว่างช่องว่างนี้ในปี 2020 ยาน STEREO ของนาซา(การตรวจสอบเป็นจุดสีแดง) ได้สำรวจบีเทลจุสจากตำแหน่งสำรวจ เผยให้เห็นการมืดลงอย่างคาดไม่ถึง จุดข้อมูลปี 2018 จาก STEREO ซึ่งพบในคลังข้อมูลและถูกใช้เพื่อสอบเทียบมาตรฐาน(calibrate) การตรวจสอบของ STEREO เทียบกับกล้องอื่นๆ  

     จากวัฏจักร 425 วันของมัน บีเทลจุสกำลังจะเริ่มมืดลงในเดือนเมษายน 2021 แต่นอกจากวัฏจักรที่ทราบกันดี ก็ค่อนข้างทำนายพฤติกรรมของดาวไม่ได้ และมีการแปรแสงที่ซับซ้อนซึ่งเราก็ยังไม่เข้าใจดีนัก ดังนั้น การมืดลงก่อนช่วงเวลาที่ควร แท้จริงแล้วก็อาจจะเปิดช่อง ช่วยเราให้เข้าใจสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นภายในดาวอายุมากซึ่งเฟี้ยวมากดวงนี้ได้ และก็น่าจะช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นในช่วงจุดจบของชีวิตดวงมวลสูง ในช่วงใกล้ก่อนที่มันจะตาย นี่จะเป็นเรื่องสำคัญ นักวิจัยเขียนไว้ ที่จะต้องตามบีเทลจุสอย่างใกล้ชิดและต่อเนื่องให้ผ่านปี 2020/21 ไป

แหล่งข่าว sciencealert.com : Betelgeuse is dimming again
               iflscience.com : Betelgeuse appears to be dimming again
               hubblesite.org : Hubble finds that Betelgeuse’s mysterious dimming is due to a traumatic outburst
               space.com : the bizarre dimming of bright star Betelgeuse caused by giant stellar eruption