ธรรมชาติสองหน้าของ AG Carinae

 

AG Carinae

     การแตกดับของดาวฤกษ์มวลสูงดวงหนึ่งเป็นการจบชีวิตที่สวยงามที่สุดแบบหนึ่งในเอกภพอย่างไม่ต้องสงสัย พวกมันจะผลักมวลสารปริมาณมหาศาลออกสู่ห้วงอวกาศรอบๆ จากนั้น คลื่นกระแทกและลมดวงดาวได้แผ้วถางห้วงอวกาศ และแสงจากดาวก็อาบไล้มวลสารเหล่านี้ นั้นเป็นสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นกับดาวฤกษ์ AG Carinae ดาวมวลสูงที่กำลังจะตายดวงหนึ่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 15000 ปีแสง ตามที่ได้ปรากฏในภาพฮับเบิลนี้

     ภาพใหม่จากฮับเบิลแสดงธรรมชาติทั้งสองด้านของ AG Carinae ซึ่งเป็นเป้าหมายการสำรวจภาพครบปีที่ 31 ของกล้องฮับเบิลในเดือนเมษายน 2021 มุมมองใหม่เกิดขึ้นต้องขอบคุณการสำรวจดาวของฮับเบิลในปี 2020 และ 2014 พร้อมกับภาพอื่นๆ จากเครื่องมือ WFPC2 ของกล้องในปี 1994

     ภาพแรกแสดงรายละเอียดการเปล่งคลื่นจากไฮโดรเจนไอออนไนซ์และไนโตรเจนไอออนไนซ์จากเนบิวลา(เห็นเป็นสีแดง) ในภาพที่สอง สีฟ้าแสดงลักษณะเปรียบต่างการกระจายของฝุ่นที่ส่องขึ้นจากการสะท้อนแสงของดาว

      ในความเป็นจริงแล้ว การจบชีวิตของ AG Carinae กลับวูบวาบกว่าดาวดวงอื่นๆ นั้นทำให้เราจำแนกมันเป็นดาวแปรแสงสีฟ้าเจิดจ้า(luminous blue variable; LBV) ซึ่งเป็นดาวมวลสูงสุดและสว่างที่สุดบางส่วนที่พบในทางช้างเผือก ดาวที่หาได้ยากมากๆ เหล่านี้เผาไหม้อย่างร้อนแรงและสว่างเจิดจ้ามาก(เป็นสีฟ้า) และวงจรชีวิตของพวกมันสั้นกว่าดาวที่เหลืออื่นๆ อีกมาก โดยดำรงอยู่เพียงไม่กี่ล้านปีเท่านั้น

     AG Carinae ซึ่งมีมวลระหว่าง 55 ถึง 70 เท่าดวงอาทิตย์ มีอายุไม่กี่ล้านปีเท่านั้นและไม่เสถียร ความสว่างของมันแปรปรวนค่อนข้างพอประมาณ อันเนื่องจากพลังสองอย่างที่สู้รบกันอยู่ คือ แรงดันการแผ่รังสี(radiation pressure) ซึ่งผลักออก และแรงโน้มถ่วงที่ต้องการจะทำให้ดาวยุบตัวลง

     ในช่วงจบชีวิต เมื่อมันเริ่มหมดเชื้อเพลิงไฮโดรเจน แรงดันการแผ่รังสีจะเริ่มลดลง นี่เป็นเหตุให้ดาวหดตัวลง โดยวัสดุสารจะร้อนขึ้นเมื่อขยับเข้าใกล้แกนดาวมากขึ้น สภาพที่ร้อนขึ้นจะทำให้ดาวถูกรบกวน ผลักมวลสารออกมา สำหรับ AG Carinae เปลือกวัสดุสารรอบๆ มันซึ่งปรากฏในภาพเป็นเหมือนม่านตา(iris) รอบๆ รูม่านตา(pupil) นี้ เป็นผลผลิตจากการปะทุมวลสารแค่เพียงเหตุการณ์เดียวซึ่งเกิดขึ้นเมื่อราว 1 หมื่นปีก่อน และมีมวลสารราวๆ 15 เท่ามวลดวงอาทิตย์

     ในภาพฮับเบิล สีเป็นตัวแทนชนิดของวัสดุสาร สีแดงคือก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนที่ถูกผลักออกจากดาว ซึ่งเป็นไฮโดรเจนและไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่ สีฟ้าเป็นฝุ่นรอบๆ ดาว ซึ่งอาบไส้ด้วยแสงของดาวเอง รูปร่างและช่องว่างในฝุ่นคิดกันว่าถูกถากออกโดยลมจากดาว ซึ่งเป็นกระแสอนุภาคที่พัดด้วยความเร็วสูงได้ถึง 1 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ลมนี้พัดเร็วกว่าที่กลุ่มก๊าซหรือเนบิวลากำลังขยายตัว ที่ประมาณ 250000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จนมีความกว้างราว 5 ปีแสง เมื่อลมวิ่งตามทันมันจะชนกับก๊าซ ผลักก๊าซออกและเปิดช่องว่างรอบๆ ดาว ลมดวงดาวยังถางเป็นฟอง(bubbles) และเส้นใย(filaments) ที่พบเห็นในฝุ่นด้วย

     AG Carinae ยังไม่เสถียรต่อไปและน่าจะขาดแคลนไฮโดรเจนในที่สุดจากการปะทุก๊าซออกมาซ้ำๆ จนมันพัฒนาเป็นดาวโวล์ฟ-ราเยท์(Wolf-Rayet star) ซึ่งกระบวนการนี้ได้เกิดขึ้นแล้ว และเมื่อสถานะวิวัฒนาการนี้หมดเชื้อเพลิงลง AG Carinae ก็น่าจะจบชีวิตวิถีหลัก(main sequence) ของมัน กลายเป็นซุปเปอร์โนวา แต่ในระหว่างกระบวนการนี้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าแกนกลางของมันจะยุบตัวลง เหลือเป็นหลุมดำทิ้งไว้

     นักวิทยาศาสตร์ซึ่งสำรวจดาวดวงนี้และเนบิวลาที่ล้อมรอบมัน บอกว่าเนบิวลาไม่ได้มีรูปร่างที่กลมสมบูรณ์แบบ แต่มันก็ปรากฏสภาพสมมาตรแบบสองขั้ว(bipolar symmetry) ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกที่สร้างการปะทุอาจจะเกิดขึ้นจากการมีดิสก์ในใจกลาง หรือดาวอาจจะไม่ได้อยู่เพียงลำพังแต่มีดาวข้างเคียง ทฤษฎีอื่นๆ ก็มีเช่น ดาวอาจจะหมุนรอบตัวเร็วมากๆ อย่างที่ดาวมวลสูงหลายๆ ดวงเป็น

 

แหล่งข่าว sciencealert.com : Hubble has captured the startling “eye” of a massive stellar explosion  
                spacetelescope.org : a closer look at Hubble’s 31 anniversary snapshot