ดาวแคระน้ำตาล "แอคซิเดนท์"

ระนาบกาแลคซีเมื่อมองผ่านสายตาอินฟราเรด

 

     ดาวแคระน้ำตาลจะเป็นดาวฤกษ์ก็ไม่ใช่ ดาวเคราะห์ก็ไม่เชิง และการศึกษาใหม่ก็บอกว่าอาจจะมีพวกมันในกาแลคซีทางช้างเผือกของเราอีกมากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยคิดไว้

     การศึกษาใหม่ได้ให้คำอธิบายเงื่อนงำว่าวัตถุที่แปลกประหลาดดวงหนึ่งซึ่งมีชื่อว่า WISEA J153429.75-104303.3 ซึ่งมีชื่อเล่นว่า The Accident เป็นมาอย่างไร แอคซิเดนท์เป็นดาวแคระน้ำตาล(brown dwarf) ซึ่งมีคุณสมบัติคาบเกี่ยวระหว่างดาวเคราะห์ยักษ์ กับดาวฤกษ์มวลต่ำ พวกมันก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวในเมฆเหมือนกับดาวฤกษ์ แต่วัตถุเหล่านี้ไม่ได้มีมวลมากพอที่จะเริ่มจุดระเบิดนิวเคลียร์ฟิวชั่นหลอมไฮโดรเจนในแกนกลาง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้ดาวฤกษ์สาดแสงได้

     อย่างไรก็ตาม พวกมันก็ยังมีมวลสูงพอที่จะหลอมอย่างอื่นได้ ก็คือ ดิวทีเรียม(deuterium) ซึ่งก็เป็นไอโซโทปไฮโดรเจนที่มี 1 โปรตอนและ 1 นิวตรอน แทนที่จะไม่มีนิวตรอนเหมือนไฮโดรเจนปกติ อุณหภูมิและความดันที่หลอมดิวทีเรียมนั้นต่ำกว่าไฮโดรเจนปกติ ด้วยเหตุนี้ ดาวแคระน้ำตาลจึงมีขนาดเล็กกว่า, เย็นกว่าและมืดกว่าดาวฤกษ์ ช่วงมวลของมันอยู่ที่ระหว่าง 13 ถึง 80 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ และพวกมันจะเย็นตัวลงเมื่ออายุมากขึ้น แม้นักดาราศาสตร์จะคิดว่าเข้าใจคุณลักษณะของพวกมันในแบบกว้างๆ แล้ว กระทั่ง ได้พบแอคซิเดนท์

วัตถุสลัวที่เคลื่อนที่ผ่านด้านล่างซ้ายก็คือ แอคซิเดนท์ 

     แอคซิเดนท์ ได้ชื่อของมันมาหลังจากที่ถูกพบโดยบังเอิญ มันหลุดรอดจากการสำรวจปกติเนื่องจากมันไม่เหมือนกับดาวแคระน้ำตาลกว่า 2000 ดวงที่ถูกพบในกาแลคซีของเราเลย

     เมื่อดาวแคระน้ำตาลมีอายุมากขึ้น พวกมันจะเย็นตัวลงและความสว่างในแต่ละช่วงความยาวคลื่นของแสงก็จะเปลี่ยนแปลง มันก็ไม่ต่างจากโลหะบางชนิดเมื่อร้อนก็จะสว่างจนขาวร้อน และมีสีแดงคล้ำเมื่อเย็นตัวลง แต่แอคซิเดนท์ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องงุนงงเนื่องจากมันสลัวในบางช่วงความยาวคลื่นหลัก ซึ่งบอกว่ามันเย็นมาก(ต่ำกว่าจุดเดือดน้ำ) แต่กลับสว่างในช่วงความยาวคลื่นอื่น ซึ่งบ่งชี้ถึงอุณหภูมิที่สูง

     วัตถุนี้เกินความคาดหมายของเราไปทุกอย่าง Davy Kirkpatrick นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ IPAC ที่สถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย(Caltech) ในพาซาดีนา กล่าว เขาและผู้เขียนร่วมการศึกษาใหม่ซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters บอกว่าแอคซิเดนท์อาจมีอายุเก่าแก่ถึง 1 ถึง 1.3 หมื่นล้านปี อย่างน้อยเก่าแก่เป็นสองเท่าของอายุเฉลี่ยดาวแคระน้ำตาลที่รู้จักมา นี่หมายความว่า มันน่าจะก่อตัวขึ้นเมื่อกาแลคซีของเรามีอายุน้อยมาก และมีองค์ประกอบเคมีที่แตกต่างออกไป ถ้าเป็นเช่นนั้นจริง ก็อาจจะมีดาวแคระน้ำตาลโบราณเหล่านี้อีกมากมายในกาแลคซีของเรา

     แอคซิเดนท์ถูกพบเป็นครั้งแรกโดย NEOWISE(Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) ของนาซา ซึ่งเริ่มทำงานในปี 2009 ด้วยการใช้ WISE และดำเนินงานโดยห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) ของนาซา เนื่องจากดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุทีค่อนข้างเย็น พวกมันจึงเปล่งรังสีออกมาเป็นอินฟราเรดเกือบทั้งหมด ซึ่งเป็นช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่าที่สายตามนุษย์มองเห็นได้

     เพื่อระบุว่าแอคซิเดนท์มีคุณสมบัติที่ดูเหมือนจะขัดแย้งในตัวได้อย่างไร บางส่วนก็บอกว่ามันเย็นจัดมาก อีกส่วนก็บอกว่ามันอุ่นมากนั้น นักวิทยาศาสตร์ต้องการข้อมูลเพิ่มเติมดังนั้นพวกเขาจึงสำรวจมันในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดเพิ่มด้วยกล้องโทรทรรศน์เคกในฮาวาย แต่ดาวแคระน้ำตาลดวงนี้ก็สลัวอย่างมากในช่วงความยาวคลื่นเหล่านั้น พวกเขาตรวจจับมันไม่ได้เลยด้วยซ้ำ ซึ่งดูเหมือนจะยืนยันข้อสังเกตว่ามันเย็นมากๆ

ดาวแคระน้ำตาลนั้นมวลสูงเกินกว่าจะเป็นดาวเคราะห์ แต่ก็เบาเกินกว่าจะเริ่มการหลอมไฮโดรเจนและกลายเป็นดาวฤกษ์

      ต่อมา พวกเขาก็อยากตรวจดูว่าการมืดนี้เป็นผลจากที่แอคซิเดนท์อยู่ไกลจากโลกมากกว่าที่คาดไว้หรือไม่ แต่จากการตรวจสอบระยะทางอย่างแม่นยำโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและสปิตเซอร์ก็บอกว่าไม่ใช่อย่างนั้นเลย การตรวจสอบระยะทางบอกว่าอยู่ห่างจากโลก 53 ปีแสง ทีมก็ตระหนักว่ามันกำลังเคลื่อนที่เร็ว ราว 8 แสนกิโลเมตรต่อชั่วโมง นี่เร็วกว่าดาวแคระน้ำตาลอื่นๆ ทั้งหมดที่พบในระยะทางจากโลกใกล้เคียงกันอย่างมาก ซึ่งหมายความว่า มันอาจจะเพ่นพล่านในกาแลคซีมานานมากแล้ว ได้วิ่งผ่านเข้าไปใกล้วัตถุมวลสูงจนแรงโน้มถ่วงวัตถุเร่งความเร็วขึ้นมา

     จากหลักฐานทั้งกองนี้บอกว่าแอคซิเดนท์นั้นเก่าแก่อย่างมาก นักวิจัยเสนอว่าคุณสมบัติที่ประหลาดของมันไม่ได้ประหลาดแต่อย่างใดเลย และอาจเป็นเงื่อนงำสู่อายุของมัน

     เมื่อทางช้างเผือกก่อตัวขึ้นเมื่อราว 13.6 พันล้านปีก่อน มันแทบจะประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมล้วนๆ ธาตุอื่นเช่น คาร์บอน ก่อตัวขึ้นภายในดาว เมื่อดาวที่มีมวลสูงที่สุดระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา กระจัดกระจายธาตุออกทั่วกาแลคซี มีเธนซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจนพบได้ทั่วไปบนดาวแคระน้ำตาลเกือบทุกดวงที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับแอคซิเดนท์ แต่คุณสมบัติแสงของแอคซิเดนท์ บอกว่ามันประกอบด้วยมีเธนเพียงน้อยนิดมากๆ เช่นเดียวกับโมเลกุลทั้งหมด มีเธนเองก็ดูดกลืนแสงในความยาวคลื่นที่จำเพาะ ดังนั้น ดาวแคระน้ำตาลที่อุดมด้วยมีเธนก็น่าจะมืดในช่วงความยาวคลื่นจำเพาะนั้นๆ เมื่อเทียบกับแอคซิเดนท์  ซึ่งสว่างในช่วงความยาวคลื่นนั้น ก็น่าจะบ่งชี้ว่ามีมีเธนในระดับต่ำ

     ดังนั้น คุณลักษณะแสงของแอคซิเดนท์ก็น่าจะสอดคล้องกับดาวแคระน้ำตาลที่เก่าแก่มากๆ ซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อกาแลคซียังขาดแคลนคาร์บอน เมื่อก่อตัวขึ้นในสภาพที่มีคาร์บอนต่ำมากก็หมายความว่าจะมีมีเธนในชั้นบรรยากาศของมันเพียงน้อยนิดด้วย Federico Marocco นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ IPAC ที่คาลเทค ซึ่งนำการสำรวจใหม่โดยใช้กล้องฮับเบิลและเคก กล่าวว่า นี่ไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจที่ได้พบดาวแคระน้ำตาลที่เก่าแก่อย่างนี้ แต่ประหลาดที่ได้พบในละแวกหลังบ้านของเรา เราคาดว่าดาวแคระน้ำตาลที่เก่าแก่อย่างนี้จะมีอยู่ แต่เราก็คาดว่าพวกมันน่าจะหาได้ยากมากๆ โอกาสที่ได้พบสักดวงที่อยู่ใกล้กับระบบสุริยะมาก น่าจะเป็นเรื่องของความโชคดีอย่างแท้จริง หรือมันกำลังบอกเราว่าพวกมันพบได้มากกว่าที่เราเคยคิดไว้

ภาพจากศิลปินดาวแคระน้ำตาลไม่จำเป็นต้องมีสีน้ำตาล แต่พวกมันสลัวในช่วงแสงที่ตาเห็น และไม่มีดวงใดที่สลัวมากเหมือนกับ WISEA J153429.75-104303.3 หรือที่เรียกว่า The Accident เลย

     เพื่อที่จะหาดาวแคระน้ำตาลเก่าแก่อย่างแอคซิเดนท์ให้ได้มากขึ้น(ถ้ามีอยู่ข้างนอกนั้น) นักวิจัยอาจจะต้องเปลี่ยนกลยุทธการสำรวจหาวัตถุเหล่านี้ แอคซิเดนท์ถูกพบโดยนักวิทยาศาสตร์ภาคประชาชาน Dan Caselden ซึ่งใช้โปรแกรมออนไลน์ที่เขาสร้างขึ้นเพื่อค้นหาดาวแคระน้ำตาลในข้อมูล NEOWISE ท้องฟ้านั้นเต็มไปด้วยวัตถุที่เปล่งแสงอินฟราเรดออกมา วัตถุเหล่านี้ดูจะอยู่กับที่บนท้องฟ้าอันเนื่องจากระยะทางที่ไกลจากโลก แต่เนื่องจากดาวแคระน้ำตาลนั้นสลัวมากๆ จะเห็นพวกมันได้ก็เมื่ออยู่ค่อนข้างใกล้กับโลก และนี่ก็หมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถสำรวจพวกมันเคลื่อนที่ข้ามท้องฟ้าตลอดช่วงหลายเดือนหรือหลายปี(NEOWISE ทำแผนที่ทั่วท้องฟ้าซ้ำทุกๆ 6 เดือน)

     โปรแกรมของ Caselden นั้นมุ่งเป้าที่กำจัดวัตถุอินฟราเรดสถิต(อย่างดาวฤกษ์ที่อยู่ไกล) จากแผนที่ NEOWISE และเน้นไปที่วัตถุที่เคลื่อนที่ซึ่งมีคุณลักษณะคล้ายกับดาวแคระน้ำตาลที่เคยพบแล้ว เขากำลังตรวจสอบว่าที่ดาวแคระน้ำตาลดวงหนึ่งเมื่อเขาได้พบวัตถุอีกดวงซึ่งสลัวกว่ามาก เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตัดข้ามจอภาพไป นี่ก็คือ WISEA J153429.75-104303.3 ซึ่งไม่ได้ถูกเลือกไว้เนื่องจากมันไม่สอดคล้องกับคุณลักษณะดาวแคระน้ำตาลในโปรแกรม Caselden จึงพบมันโดยบังเอิญ(accident)

     การค้นพบนี้กำลังบอกเราว่าองค์ประกอบดาวแคระน้ำตาลนั้นหลากหลายมากกว่าที่เราเคยเห็นมา Kirkpatrick กล่าว ซึ่งก็น่าจะมีตัวประหลาดอยู่ข้างนอกอีก และเราต้องคิดว่าจะมองหาพวกมันได้อย่างไร

แหล่งข่าว spaceref.com : an accidental discovery hints at a hidden population of brown dwarfs
                sciencealert.com : enigmatic object called “The Accident” hints of an entire population of unknown stars
                 iflscience.com : strange object nicknamed “The Accident” reveals a new population of anomalous stars