ที่มาของกระแสธารดาวรอบทางช้างเผือก

 

ภาพกาแลคซีที่หันข้าง(edge-on) NGC 5907 ที่ล้อมรอบด้วยกระแสธารดาว ทางช้างเผือกของเราก็มีกระแสธารดาวที่สลัวๆ วนรอบอยู่ด้วย แต่กระแสธารเหล่านั้นมีกำเนิดจากที่ไหน

     การศึกษาล่าสุดได้จำแนกกำเนิดของกระแสธารดาวหลายแห่งที่ล้อมรอบทางช้างเผือก กระแสธารเหล่านี้อาจจะมีเงื่อนงำเกี่ยวกับความเป็นมาของกาแลคซีบ้านของเราอยู่

     กระแสธารดาว(stellar streams) นั้นเป็นกลุ่มของดาววฤกษ์ที่เกาะกันเป็นเส้นยาวโค้งไปรอบๆ กาแลคซีต้นสังกัด คิดกันว่าเส้นใยเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อต้นกำเนิดของกระแสธาร เช่น กระจุกดาวทรงกลม(globular cluster) หรือกาแลคซีแคระบริวาร ถูกรบกวนโดยแรงโน้มถ่วงของกาแลคซีต้นสังกัด ดาวถูกดึงออกจากวัตถุต้นกำเนิดกลายเป็นกระแสธารยาวที่ต่อมาก็โคจรไปรอบๆ กาแลคซีต้นสังกัด ส่วนวัตถุต้นกำเนิดเองก็อาจจะยังคงเชื่อมโยงกับกระแสธารนั้นๆ อยู่, โคจรแยกจากกัน หรือกระจัดกระจายหายไปโดยสิ้นเชิง ก็ได้

กราฟแสดงพลังงานการโคจร-โมเมนตัมเชิงมุมของดาวในกระแสธาร 23 แห่งในทางช้างเผือก(ข้อมูลระบุด้วยสี)  เปรียบเทียบกับดาวในพื้นที่สำรวจ(ข้อมูลสีดำ)

     เราได้สำรวจกระแสธารดาวในกาแลคซีแห่งอื่น(อย่าง NGC 5907 ที่แสดงในภาพ) แต่เราคงไม่ต้องมองไปไกลนัก ทางช้างเผือกของเราเองก็มีกระแสธารในบัญชีรายชื่อแล้วมากกว่า 60 แห่ง ในบรรดาเส้นใยบางยาวเหล่านี้มีเพียงไม่กี่แห่งที่สามารถเชื่อมโยงกลับไปถึงวัตถุต้นกำเนิดที่รู้จักได้ เช่น กระจุกดาวทรงกลมที่อยู่เหลือรอด ส่วนที่เหลือก็ไม่ทราบที่มา ทิ้งคำถามที่ไกลเกินกว่าจะหาคำตอบได้

      ในการศึกษาล่าสุดที่นำโดย Ana Bonaca จากศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ทีมนักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลแม่นยำสูงจากหอสังเกตการณ์อวกาศไกอา(Gaia) เพื่อตามล่ากำเนิดของกระแสธารดาว 23 แห่งในฮาโล(halo) ของทางช้างเผือก Bonaca และเพื่อนร่วมงานใช้การเคลื่อนที่เฉพาะ(proper motions) ที่ปรับปรุงแล้วจากการเผยแพร่ข้อมูลครั้งที่สามช่วงต้น(Early Data Release 3) ของไกอา ของดาวในกระแสธาร 23 แห่งเหล่านี้ ด้วยการวิเคราะห์พลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมในสามมิติของกระแสธารเหล่านี้ และโดยการตรวจสอบว่ากระแสธารกระจายในห้วงอวกาศกายภาพได้อย่างไร ผู้เขียนก็สามารถจำแนกสิ่งที่อาจเป็นวัตถุต้นกำเนิดของกระแสธารที่เป็นไปได้

ตำแหน่งใน orbital phase space ของกระแสธาร 23 แห่งซึ่งน่าจะมีที่มาจากกาแลคซีแคระแห่งหนึ่ง(ห้าเหลี่ยม) หรือกระจุกดาวทรงกลม(ดาว) มีเพียงกระแสธารแห่งเดียวคือ Svöl ที่จัดอยู่ในพื้นที่ที่มีความเกี่ยวข้องกับการก่อตัวขึ้นตรงตำแหน่งนั้น(แทนที่จะถูกนำมาโดยกาแลคซีแคระ)

     ผลสรุปบอกว่า ในบรรดากระแสธารทั้งหมดมีเพียง 1 แห่งเท่านั้นที่มีกำเนิดจากกระจุกดาวทรงกลมแห่งหนึ่งที่ถือกำเนิดในทางช้างเผือก กระแสธารอื่นๆ ส่วนใหญ่กลับมีกำเนิดจากกาแลคซีแคระที่ทางช้างเผือกดูดกลืนเข้ามา กระแสธารบางส่วนก็เกิดขึ้นจากกาแลคซีแคระเอง และอีกหลายแห่งก็น่าจะก่อตัวขึ้นจากกระจุกดาวทรงกลมที่โคจรรอบแคระเหล่านั้นและถูกรบกวน ในบรรดากระแสธาร 23 แห่งมีหลายแห่งที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน ซึ่งบอกว่าหลายแห่งมีกำเนิดจากต้นกำเนิดเดียวกัน ผู้เขียนได้จำแนกว่าที่กาแลคซีแคระต้นสังกัดที่ให้กำเนิดกระแสธาร 20 แห่ง และยังระบุถึงกระจุกทรงกลมที่จำเพาะอีก 6 แห่งที่เป็นต้นกำเนิดกระแสธาร 8 แห่งด้วย

     สิ่งที่เราทำได้กับข้อมูลเหล่านี้น่ะหรือ การเข้าใจกำเนิดของกระแสธารดาวเหล่านี้ช่วยให้เราได้ตามรอยเส้นทาง, บอกได้ว่าพวกมันโคจรมานานแค่ไหนแล้ว และมีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงอื่นๆ อีกหรือไม่ รายละเอียดเหล่านี้มีประโยชน์ไม่เพียงแต่ช่วยในการเข้าใจวิวัฒนาการของกาแลคซี แต่ยังช่วยในการทำแผนที่การกระจายของสสารมืดในภาพใหญ่ในกาแลคซีของเรา และศึกษาโครงสร้างสสารมืดในขนาดเล็กในกาแลคซีต้นสังกัดของกระแสธารเหล่านั้น

แผนที่ท้องฟ้าแสดงกระจุกทรงกลม 6 แห่ง(กากบาท) ที่ผู้เขียนเชื่อมโยงกับกระแสธาร 8 แห่ง(วงกลม)

     การขยายงานของ Bonaca และทีมต่อไปสู่กระแสธารดาวแห่งอื่นๆ ที่โคจรรอบทางช้างเผือก จะต้องพึ่งพาการตรวจสอบการเคลื่อนที่เฉพาะคุณภาพสูงที่ทำกับแหล่งที่ห่างไกลและสลัวเหล่านี้ ซึ่งคงต้องรอข้อมูลจากไกอา

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : seeking the origins of galactic stellar streams