VY Canis Majoris บีเทลจุสในแบบจัดหนัก

 

ภาพดาวยักษ์แดงบีเทลจุสสองภาพ จะสังเกตเห็นภาพที่ถ่ายเมื่อวันที่ 1 มกราคม 2020 บีเทลจุสมีความสว่างลดลง credit: Brian Ottum 

     เมื่อปีที่แล้ว นักดาราศาสตร์ต้องงงงันเมื่อดาวซุปเปอร์ยักษ์แดง(red supergiant) บีเทลจุส(Betelgeuse) ดาวสว่างในกลุ่มดาวนายพราน(Orion) ได้มืดลงอย่างมาก จากนั้นก็กลับมาสว่างเหมือนเดิม การมืดลงเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นนานหลายสัปดาห์ กระทั่งมันหลุดจาก 20 อันดับดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดบนท้องฟ้าไป ขณะนี้ นักดาราศาสตร์ได้พบเห็นการมืดลงคล้ายๆ กันเกิดขึ้นกับดาวปีศาจยักษ์ดวงหนึ่งในกลุ่มดาวสุนัขใหญ่(Canis Major) ที่อยู่ถัดไปอีกเล็กน้อย

     VY Canis Majoris เป็นดาวไฮเปอร์ยักษ์(hypergiant) แดง ซึ่งหมายความว่า มันมีขนาดใหญ่กว่า, มวลสูงกว่า และมีพฤติกรรมรุนแรงกว่าบีเทลจุส โดยพบกับการมืดลงที่ยาวนานกว่าและมืดกว่าอยู่นานหลายปี การค้นพบใหม่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซาได้บอกว่ากระบวนการคล้ายๆ กันกับที่เกิดกับบีเทลจุส กำลังเกิดขึ้นกับไฮเปอร์ยักษ์ดวงนี้ แต่ด้วยระดับความแรงที่มากกว่า

    Roberta Humphreys นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมินเนโซตา มินนิอาโพลิส ผู้นำการศึกษา อธิบายว่า VY Canis Majoris กำลังมีพฤติกรรมเหมือนกับบีเทลจุสในแบบจัดหนักกว่าหลายเท่า เช่นเดียวกับบีเทลจุส ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลได้ให้คำตอบว่าเพราะเหตุใดดาวใหญ่ดวงนี้จึงกำลังมืดลง สำหรับบีเทลจุส การมืดลงเกิดขึ้นจากการแปรความสว่างอย่างสม่ำเสมอกับ การปล่อยกระแสก๊าซที่ไหลออกมาช่วงหนึ่งซึ่งอาจจะก่อตัวฝุ่นขึ้นมา ซึ่งจะกั้นแสงบางส่วนของบีเทลจุสไว้จากมุมมองของเราเป็นช่วงเวลาสั้นๆ ทำให้มันดูมืดลง

ภาพจากศิลปินแสดงลำดับเหตุการณ์ที่ทำให้บีเทลจุสมืดลง เมื่อดาวปะทุเมฆก๊าซมีประจุออกจากพื้นผิว เมื่อก๊าซเหล่านี้เย็นตัวลงก็กลายเป็นฝุ่นที่ปิดกั้นแสงดาวบางส่วนไว้เมื่อมองจากโลก

     ในกรณี VY Canis Majoris เราได้เห็นสิ่งที่คล้ายกัน แต่ด้วยขนาดที่ใหญ่กว่า มีการผลักมวลสารขนาดใหญ่ซึ่งทำให้ดาวมืดลงอย่างมาก ซึ่งอาจจะเนื่องจากกลายเป็นฝุ่นที่กั้นแสงจากดาวไว้ชั่วคราว Humphreys กล่าว ไฮเปอร์ยักษ์แดงดวงนี้มีความสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ 3 แสนเท่า ถ้านำมันมาวางไว้แทนดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะของเรา ปีศาจที่บวมพองดวงนี้จะแผ่ได้ไกลหลายร้อยล้านกิโลเมตร ไปจนถึงระหว่างวงโคจรดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ ดวงดวงนี้น่าทึ่งอย่างแท้จริง มันเป็นหนึ่งในดาวที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เราเคยพบมา เป็นซุปเปอร์ยักษ์แดงที่พัฒนาตัว(evolved) ไปไกลมาก มันเคยเกิดการปะทุมวลสารครั้งใหญ่หลายต่อหลายครั้ง Humphreys อธิบาย

     มีวงพลาสมาก๊าซขนาดใหญ่หลายวงล้อมรอบดาวนี้ ที่ระยะทางไกลกว่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์หลายพันเท่า วงพลาสมาเหล่านี้ดูคล้ายกับพวยก๊าซจากดวงอาทิตย์(prominences) เพียงแต่มีขนาดที่ใหญ่กว่าอย่างมาก นอกจากนี้ ยังไม่มีความเชื่อมโยงทางกายภาพกับดาวฤกษ์ แต่กลับเป็นเหมือนถูกสาดออกมาและกำลังเคลื่อนที่ออกห่างเท่านั้น โครงสร้างอื่นๆ ที่พบอยู่ใกล้ดาวฤกษ์บางส่วนก็ยังคงค่อนข้างกระจุกตัว ดูคล้ายกับรายละเอียดปมและเนบิวลาขนาดเล็ก

     ในการศึกษาของฮับเบิลก่อนหน้านี้ Humphreys และทีมสามารถตรวจสอบได้ว่าโครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้ถูกผลักออกจากดาวเมื่อใด พวกเขาพบเวลาที่ย้อนกลับไปได้หลายร้อยปี บางส่วนก็เพิ่งเกิดเมื่อไม่นานมานี้หนึ่งหรือสองร้อยปีเท่านั้น

     ขณะนี้ ในงานศึกษาใหม่ด้วยฮับเบิล นักวิจัยได้เห็นรายละเอียดที่อยู่ใกล้ดาวอย่างมากจนอาจจะมีอายุไม่ถึงสิบปี ด้วยการใช้กล้องฮับเบิลเพื่อตรวจสอบความเร็วและการเคลื่อนที่ของปมก๊าซร้อนและรายละเอียดอื่นๆ อย่างใกล้ชิด Humphreys และทีมของเธอก็สามารถระบุเวลาที่การปะทุเหล่านี้เกิดขึ้นได้เที่ยงตรงมากขึ้น สิ่งที่พวกเขาพบนั้นน่าประทับใจ ปมก๊าซร้อนหลายๆ แห่งมีความเชื่อมโยงกับการปะทุหลายครั้งที่เกิดในศตวรรษที่ 19 และ 20 เมื่อ VY Canis Majoris มืดลงถึงหนึ่งในหกของความสว่างปกติของมัน

ภาพจากฮับเบิลแสดงเนบิวลาวัสดุสารล้อมรอบ VY Canis Majoris เนบิวลามีความกว้างราว 3 แสนล้านกิโลเมตร

     แต่มันไม่เหมือนกับบีเทลจุส VY Canis Majoris นั้นสลัวเกินกว่าจะเห็นได้ด้วยตาเปล่า ครั้งหนึ่งเคยมองเห็นดาวนี้ได้แต่ก็มืดมากๆ จนปัจจุบันต้องใช้กล้องดูดาวเท่านั้น ไฮเปอร์ยักษ์ตนนี้ทิ้งมวลมากเป็น 100 เท่าของบีเทลจุส มวลในปมก๊าซบางก้อนมีมวลมากกว่าสองเท่าของมวลดาวพฤหัสฯ แผ่ออกไปไกลหลายแสนล้านกิโลเมตร มันน่าทึ่งที่ดาวทำแบบนี้ได้ Humphreys กล่าว กำเนิดของการสูญเสียมวลอย่างรุนแรงครั้งแล้วครั้งเล่าของทั้ง VY Canis Majoris และบีเทลจุส นั้น อาจเป็นเพราะกิจกรรมขนาดใหญ่บนพื้นผิว เป็นเซลส์การพา(convective cells) อย่างที่เห็นบนดวงอาทิตย์ แต่บนยักษ์ทั้งสอง เซลส์อาจจะมีขนาดใหญ่พอๆ กับดวงอาทิตย์หรือใหญ่กว่าเลยด้วยซ้ำ

     นี่อาจเป็นเรื่องที่เกิดปกติกับซุปเปอร์ยักษ์แดง มากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยคิดกันและ VY Canis Majoris ก็เป็นตัวอย่างที่สุดขั้ว Humphreys กล่าวต่อ มันอาจจะแม้แต่เป็นกลไกหลักที่ผลักดันการสูญเสียมวล ซึ่งค่อนข้างจะเป็นปริศนาอย่างมากสำหรับดาวซุปเปอร์ยักษ์แดง แม้ว่าซุปเปอร์ยักษ์แดงดวงอื่นๆ จะค่อนข้างสว่างและผลักฝุ่นจำนวนมาก แต่ไม่มีดวงใดเลยที่มีความซับซ้อนเหมือนกับ VY Canis Majoris

    แล้วมันมีความพิเศษอย่างไร VY Canis Majoris อาจจะอยู่ในสถานะวิวัฒนาการที่เป็นอัตลักษณ์ที่แบ่งแยกมันออกจากดาว(ซุปเปอร์ยักษ์แดง) อื่นๆ มันอาจจะมีกิจกรรม(การผลักมวล) ที่สูงแบบนี้ในช่วงเวลาที่สั้นมากๆ อาจจะแค่ไม่กี่ร้อยปี เราจึงไม่ได้เห็นสิ่งเช่นนี้บ่อยนัก Humphreys กล่าว

ภาพซ้าย เป็นภาพฮับเบิลแบบ multi-color แสดงเนบิวลาที่ล้อมรอบดาว ภาพกลางเป็นภาพพื้นที่รอบๆ ดาวในระยะประชิดจากฮับเบิล ภาพขวาเป็นภาพจากศิลปินแสดง VY Canis Majoris

     ดาวฤกษ์ดวงนี้เริ่มชีวิตโดยเป็นดาวซุปเปอร์ยักษ์สีฟ้าสว่างที่ร้อนจัด ซึ่งอาจมีมวลเริ่มต้นถึง 35 ถึง 40 เท่ามวลดวงอาทิตย์ หลังจากเวลาผ่านไปไม่กี่ล้านปี เมื่ออัตราการหลอมไฮโดรเจนในแกนกลางเปลี่ยนแปลง ดาวก็พองบวมออกกลายเป็นซุปเปอร์ยักษ์แดง Humphreys สงสัยว่าดาวอาจจะเปลี่ยนกลับเป็นสถานะที่ร้อนขึ้นในเวลาสั้นๆ และจากนั้นก็พองอีกครั้งมาเป็นซุปเปอร์ยักษ์แดง

     บางที สิ่งที่ทำให้ VY Canis Majoris มีความพิเศษมาก, มีความสุดขั้วมาก ด้วยวัสดุสารที่ผลักออกมาอย่างซับซ้อนมากนี้ อาจจะเป็นเพราะมันเป็นซุปเปอร์ยักษ์แดงขั้นสอง VY Canis Majoris อาจจะทิ้งมวลออกมาแล้วถึงครึ่งหนึ่งของมวลเดิม ซึ่งแทนที่จะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา มันอาจจะแค่ยุบตัวลงโดยตรงกลายเป็นหลุมดำ การค้นพบของทีมเผยแพร่ใน Astronomical Journal ฉบับวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 2021

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble solves mystery of monster star’s dimming
                spacetelescope.org : Hubble solves mystery of monster star’s dimming
                iflscience.com : mystery of dimming hypergiant star dubbed “Betelgeuse on steroids” solved