ซุปเปอร์โนวาจากดาวที่เย็น

 

กาแลคซี NGC 4666 เป็นหนึ่งในกาแลคซีสตาร์เบิร์ส(starburst galaxy) ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด เราจะมองมันในมุมหันข้างเกือบพอดี 

    ก่อนระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา ดาวฤกษ์สีเหลืองดวงหนึ่งได้ทำให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ต้องกลับไปประเมินทางเลือกในการตายของดาวที่มีมวลสูงที่สุดในเอกภพเสียใหม่ ทีมอธิบายดาวประหลาดดวงนี้และซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society วันที่ 5 พฤษภาคม

      ในช่วงบั้นปลายชีวิต ดาวฤกษ์สีเหลืองที่เย็นมักจะปกคลุมไปด้วยไฮโดรเจน ซึ่งจะปกปิดภายในสีฟ้าที่ร้อนแรงของดาวไว้ แต่ดาวสีเหลืองดวงนี้ซึ่งอยู่ห่างออกไป 35 ล้านปีแสงจากโลกในกระจุกกาแลคซีหญิงสาว(Virgo cluster) กลับไม่มีชั้นไฮโดรเจนที่ช่วยปกปิดนี้ในช่วงเวลาที่เกิดการระเบิด Charles Kilpatrick นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ศูนย์เพื่อการสำรวจและวิจัยสหวิทยาการดาราศาสตร์ฟิสิกส์(CIERA) ของมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ซึ่งนำทีมศึกษา กล่าวว่า เราไม่เคยเห็นเหตุการณ์อย่างนี้มาก่อน ถ้าดาวระเบิดโดยไม่มีไฮโดรเจน มันก็น่าจะมีสีฟ้าจัดมากก็คือ ร้อนมากๆ แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่ดาวจะเย็นแบบนี้โดยไม่มีชั้นไฮโดรเจนข้างนอก เราพิจารณาแบบจำลองดาวทุกๆ แบบที่มีที่จะช่วยอธิบายดาวแบบนี้ได้ และแบบจำลองทุกๆ อันก็บอกว่าดาวต้องมีไฮโดรเจน ซึ่งจากซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นเราทราบว่ามันไม่มีอยู่ มันยืดความเป็นไปได้ในทางกายภาพออกไปอีก

     Kilpatrick ยังเป็นสมาชิกของกลุ่มการทดลองซุปเปอร์โนวาอายุน้อย ซึ่งใช้กล้องโทรทรรศน์ Pan-STARRS ที่ฮาลีคาลา ฮาวาย เพื่อจับซุปเปอร์โนวาแทบจะทันทีที่เกิดการระเบิด หลังจากกลุ่มการทดลองซุปเปอร์โนวาอายุน้อย ได้พบซุปเปอร์โนวา SN 2019yvr ในกาแลคซีกังหันที่อยู่ไม่ไกล NGC 4666 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเป็นกาแลคซีที่กำลังก่อตัวดาวอย่างคึกคักมาก(starburst galaxies) ซึ่งถูกศึกษาโดยนักดาราศาสตร์ทั้งสมัครเล่นและอาชีพอย่างทะลุปรุโปร่ง จึงมีโอกาสมากมายที่จะได้พบดาวที่อาจเป็นต้นเหตุของ SN 2019yvr ในภาพเก่าๆ ได้

     ทีมได้ใช้ภาพห้วงลึกที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจับไว้ ซึ่งก็ได้สำรวจท้องฟ้าส่วนนี้โดยบังเอิญสองปีครึ่งก่อนดาวจะระเบิด สิ่งที่ดาวมวลสูงทำก่อนที่พวกมันจะระเบิดเป็นปริศนาใหญ่ที่ยังไม่ได้ถูกไข เขากล่าว มันยากมากที่จะได้เห็นดาวประเภทนี้ก่อนที่มันจะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา ภาพจากกล้องฮับเบิลแสดงแหล่งของซุปเปอร์โนวา เป็นดาวมวลสูงที่ถูกถ่ายภาพเพียงไม่กี่ปีก่อนการระเบิด เมื่อมันระเบิด ก็ดูเหมือนเป็นซุปเปอร์โนวาที่ปราศจากไฮโดรเจนทั่วๆ ไป ไม่มีอะไรโดดเด่นเลย แต่ดาวต้นกำเนิดไม่ได้สอดคล้องกับสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับซุปเปอร์โนวาชนิดนี้

ภาพจากกล้องฮับเบิลแสดงพื้นที่ระเบิดของ SN 2019yvr จากสองปีครึ่งก่อนการระเบิด ซ้ายบน: ซุปเปอร์โนวาเองปรากฏอยู่ในภาพจากกล้องโทรทรรศน์เจมิไนใต้ 72 วันหลังจากที่เกิดระเบิด ซ้ายล่าง: ซูมพื้นที่เดียวกันในภาพก่อนระเบิดจากกล้องฮับเบิล แสดงให้เห็นแหล่งเพียงแหล่งเดียวที่ดูจะเป็นดาวต้นกำเนิดซุปเปอร์โนวาได้

     ดาวสีเหลืองนี้ก็เหมือนกับดวงอาทิตย์ แม้ว่าจะร้อนเพียงพอที่จะให้พลังกับชีวิตบนดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างออกไปหลายล้านกิโลเมตรได้ แต่ดาวสีเหลืองก็ยังเย็นกว่าดาวสีฟ้าที่จะเป็นต้นกำเนิดซุปเปอร์โนวาอย่างมาก แต่ดาวสีเหลืองบางดวงก็เกิดซุปเปอร์โนวาได้จริงๆ แต่ในหลายกรณีก่อนหน้านี้ มันมีสีเหลืองก็เพราะมีชั้นไฮโดรเจนปกคลุมซ่อนสีฟ้าที่แท้จริงไว้  

    อย่างไรก็ตาม หลายเดือนหลังจากการระเบิด Kilpatrick และทีมได้พบว่าวัสดุสารที่ผลักออกมาในการระเบิดสุดท้ายของดาว ดูเหมือนจะชนกับไฮโดรเจนก้อนใหญ่ นี่ทำให้ทีมตั้งสมมุติฐานว่าดาวต้นกำเนิดน่าจะขับไฮโดรเจนออกมาในช่วงเพียงสองสามปีก่อนที่จะระเบิด นักดาราศาสตร์สงสัยว่าดาวเกิดการปะทุอย่างรุนแรงในไม่กี่ปีก่อนที่เราจะเห็นซุปเปอร์โนวา Kilpatrick กล่าว การค้นพบดาวดวงนี้ได้ให้หลักฐานโดยตรงที่สุดบางส่วนที่เคยพบมาว่า ดาวจะผ่านการปะทุอย่างรุนแรงหลายครั้ง ซึ่งเป็นสาเหตุให้พวกมันสูญเสียมวลออกมาก่อนการระเบิด ถ้าดาวจะต้องมีการปะทุเหล่านี้ จากนั้นพวกมันก็น่าจะผลักไฮโดรเจนของมันออกมาหลายสิบปีก่อนที่จะระเบิด

    แต่ในการศึกษาใหม่ ทีมยังได้เสนอความเป็นไปได้อื่น ก็คือ มีดาวข้างเคียงทีมีมวลต่ำกว่าอาจจะดึงไฮโดรเจนออกจากดาวต้นกำเนิดซุปเปอร์โนวา อย่างไรก็ตาม ทีมจะไม่สามารถสำรวจหาดาวข้างเคียงได้จนกระทั่งความสว่างของซุปเปอร์โนวาลดลงซึ่งจะต้องใช้เวลาเป็นสิบปี

ภาพจากศิลปินแสดงซุปเปอร์ยักษ์สีเหลืองในระบบดาวคู่ในระยะประชิด กับดาวข้างเคียงสีฟ้าซึ่งอยู่ในวิถีหลัก(main-sequence)

     ไม่เหมือนกับพฤติกรรมทั่วไปหลังจากที่เกิดการระเบิด ปฏิสัมพันธ์กับไฮโดรเจนได้เผยให้เห็นว่ามันเป็นซุปเปอร์โนวาที่ผ่าเหล่า Kilpatrick กล่าว แต่มันก็พิเศษขึ้นไปอีกเมื่อเราสามารถหาดาวต้นกำเนิดของมันได้ในข้อมูลฮับเบิล ในอีกสี่หรือห้าปีข้างหน้า ผมคิดว่าเราจะสามารถเรียนรู้ได้มากขึ้นว่าเกิดอะไรขึ้น

แหล่งข่าว phys.org : mysterious hydrogen-free supernova sheds light on stars’ violent death throes
                sciencedaily.com : “oddball supernova” appears strangely cool before exploding
                iflscience.com : super weird supernova had a surprisingly cool star before exploding