ประชากรดาวฤกษ์รุ่นที่สองในเอกภพ

 

ซุปเปอร์โนวาจากดาวดวงแรกๆ ในเอกภพน่าจะส่งธาตุหนักให้กับดาวรุ่นต่อๆ มาที่ก่อตัว

     นักดาราศาสตร์ได้รายงานการค้นพบดาวฤกษ์ที่ขาดแคลนโลหะอย่างมากดวงใหม่อันเป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจ S-PLUS(Southern Photometric Local Universe Survey) ดาวที่เพิ่งค้นพบใหม่ซึ่งมีชื่อย่างเป็นทางการว่า SPLUS J210428.01-004934.2(เรียกสั้นๆ ว่า SPLUS J2104-0049) ดูจะมีปริมาณคาร์บอนต่ำที่สุดเท่าที่เคยพบมาในบรรดาดาวที่ขาดแคลนโลหะอย่างมาก การค้นพบเผยแพร่เป็นรายงานใน Astrophysical Journal Letters และเผยแพร่ในเวบก่อนตีพิมพ์ arXiv  

      ดาวที่ขาดแคลนโลหะอย่างมาก(ultra-metal-poor star; UMP) มีระดับของเหล็ก[Fe/H] ต่ำกว่า -4 นั้นหาได้ยากมากๆ จึงพบวัตถุลักษณะนี้เพียง 34 ดวงจนถึงตอนนี้ นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจในการขยายบัญชีรายชื่อดาวขาดแคลนโลหะที่มีเพียงสั้นๆ นี้ เมื่อวัตถุเหล่านี้มีศักยภาพที่จะพัฒนาความรู้ของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการเคมีของเอกภพ เชื่อกันว่าวิวัฒนาการในช่วงต้นของเอกภพขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของดาวรุ่นแรกสุดที่ไม่มีโลหะเจือปนอยู่เลย

     นั้นเป็นเพราะก่อนที่ดาวจะถือกำเนิดขึ้น เอกภพยังเป็นซุปของไฮโดรเจนและฮีเลียมเกือบทั้งหมด ยังไม่มีธาตุหนักใดๆ เลย เมื่อดาวดวงแรกๆ ก่อตัวขึ้น ก็จะมีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมด้วยเช่นกัน ปฏิกิริยาฟิวชั่นในแกนกลางของดาวจะหลอมธาตุหนักขึ้นออกมา เริ่มต้นด้วย ไฮโดรเจนหลอมเป็นฮีเลียม จากนั้นฮีเลียมก็กลายเป็นคาร์บอน และหลอมต่อไปเรื่อยๆ จนได้เหล็กออกมา ขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์นั้น(ดาวที่มีขนาดเล็กที่สุดจะมีพลังงานไม่พอที่จะหลอมฮีเลียมให้กลายเป็นคาร์บอน) แม้แต่ดาวที่มีมวลสูงที่สุดก็ไม่ได้มีพลังงานมากพอที่จะหลอมเหล็ก และเมื่อแกนกลางเป็นเหล็กล้วนๆ ดาวก็ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา

L2 Puppis เป็นดาวยักษ์แดงดวงหนึ่งที่คล้ายกับ SPLUS J2105-0049

      การระเบิดครั้งใหญ่โตเหล่านั้นได้กระจายวัสดุสารที่หลอมขึ้นภายในดาวทั้งหมดออกสู่อวกาศใกล้ๆ นอกจากนี้ การระเบิดยังทรงพลังอย่างมากจนพวกมันสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นชุด ซึ่งจะยิ่งสร้างธาตุที่หนักขึ้นไปอีกเช่น ทองคำ, เงิน, ธอเรียม และยูเรเนียม ต่อมาเมื่อดาวฤกษ์ทารกก่อตัวขึ้นจากเมฆที่เจือปนด้วยวัสดุสารเหล่านี้ก็จะมีโลหะมากกว่าดาวรุ่นก่อนหน้า  

     ขณะนี้ นักดาราศาสตร์กลุ่มหนึ่งที่นำโดย Vinicius M. Placco จาก NOIRLab(National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) ได้รายงานการเพิ่มดาวในบัญชี UMPs ดาวฤกษ์ SPLUS J2104-0049 ถูกจำแนกโดยการตรวจสอบปริมาณแสง(photometry) S-PLUS ช่วงแคบ และยืนยันโดยการตรวจสอบสเปคตรัมความละเอียดปานกลางและสูง เราได้รายงานการค้นพบ SPLUS J210428.01-004934.2 ดาวที่ขาดแคลนโลหะอย่างมาก(UMP) ดวงแรกที่ถูกพบโดยการวัดปริมาณแสงช่วงแคบจากการเผยแพร่ข้อมูลครั้งที่ 1 ของ S-PLUS ในพื้นที่ SDSS stripe 82 การติดตามผลด้วยการตรวจสอบสเปคตรัมความละเอียดปานกลางและสูง(ด้วยเจมิไนใต้ และมาเจลลัน-เคลย์ ตามลำดับ) ได้ยืนยันประสิทธิผลของการสำรวจหาดาวที่มีความเป็นโลหะ(metallicity) ต่ำ โดยใช้การตรวจสอบปริมาณแสงช่วงแคบ S-PLUS นักวิจัยเขียนไว้ในรายงาน

     SPLUS J2104-0049 เป็นดาวยักษ์แดงอยู่ห่างออกไปราว 16000 ปีแสงจากโลก และมีมวลที่ประมาณ 0.8 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ดาวมีความเป็นโลหะที่ระดับ -4.03 และอุณหภูมิยังผล(effective temperature; อุณหภูมิที่คำนวณได้จากพลังงานการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดจากวัตถุดำ) ประเมินได้ที่ 5000 เคลวิน การสำรวจได้พบว่า SPLUS J2104-0049 แม้จะไม่ได้มีความเป็นโลหะต่ำที่สุดเท่าที่เคยพบ(ผู้ยึดครองสถิติคือ SMSS J0313-6708) แต่มันก็มีระดับคาร์บอนที่ราว 4.34 นี่เป็นระดับคาร์บอนที่ต่ำที่สุดเท่าที่เคยพบในดาว UMP และเปิดช่องทางใหม่ๆ สู่กำเนิดของดาวนี้ ซึ่งบอกว่า SPLUS J2104-0049 อาจจะเป็นดาวฤกษ์รุ่นที่สอง นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่ามันอาจจะก่อตัวขึ้นในเมฆก๊าซก้อนหนึ่งที่ปนเปื้อนด้วยผลผลิตจากวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ต้นกำเนิดที่มีมวลประมาณ 30 เท่าดวงอาทิตย์ เป็นซุปเปอร์โนวาของประชากรดาวกลุ่ม 3(Population III Stars) ซึ่งมีการระเบิดด้วยพลังงานรุนแรงถึง 10^51 erg

แผงรอบๆ เป็นภาพ SPLUS J2104-0049 จาก SPLUS 12 ช่วงคลื่นที่ได้จาก Astro Data Lab สีของแต่ละภาพขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นกลางของฟิลเตอร์ Javalambre ซึ่งระบุไว้ที่ส่วนบนซ้ายของแต่ละภาพ ภาพหลักเป็นกราฟที่ไดจากการตรวจสอบของฟิลเตอร์ Javalambre ทั้ง 12 ช่วงซึ่งรวมผลกระทบจากระบบทั้งปวง(ท้องฟ้า, กระจก, เลนส์และ CCD) ไว้ด้วย และยังแสดงสเปคตรัมจากเจมิไน(Gemini/GMOS; เส้นทึบสีดำ) ปริมาณแสงผ่านฟิลเตอร์ช่วงแคบ(วงกลมทึบ) และช่วงกว้าง(สี่เหลี่ยมทึบ) คำนวณจาก AB magnitudes  

     นักวิจัยบอกว่ายังต้องสำรวจ SPLUS J2104-0049 ต่อไปเพื่อยืนยันกำเนิดที่สันนิษฐานไว้และธรรมชาติของดาวเอง พวกเขาเสริมว่าการค้นพบจะพิสูจน์ว่าการสำรวจอย่าง SPLUS น่าจะสร้างการค้นพบดาวที่ขาดแคลนโลหะอย่างมากเพิ่มเติมอีก การค้นพบนี้เปิดความเป็นไปได้ในการค้นหาดาว UMP เพิ่มเติม โดยตรงได้จากการสำรวจตรวจสอบปริมาณแสงช่วงแคบ ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้ได้ผลในการขุดคุ้ยขุมวัตถุที่แปลกประหลาดเช่นนี้ในกาแลคซีของเรา ผู้เขียนรายงานสรุปไว้

แหล่งข่าว phys.org : researchers detect a new ultra-metal-poor star
                sciencealert.com : astronomers discover what could be one of the oldest stars in the known universe