ย้อนอดีตการก่อตัวระบบสุริยะ

 

ปรากฏหลักฐานเพิ่มขึ้นจากไอโซโทปกัมมันตรังสีว่า ระบบสุริยะของเราก่อตัวขึ้นจากเมฆโมเลกุลก๊าซเย็นยุบตัวลงเมื่อถูกบีบอัดโดยคลื่นกระแทกจากซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นใกล้ๆ 

     พื้นที่ที่มีการก่อตัวดาวฤกษ์อย่างคึกคักแห่งหนึ่งในกลุ่มดาวคนแบกงู(Ophiuchus) กำลังให้แง่มุมใหม่ๆ เกี่ยวกับสภาวะที่ระบบสุริยะของเราได้ถือกำเนิดขึ้นแก่นักดาราศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การศึกษาเมฆก่อตัวดาวเชิงซ้อนคนแบกงู(Ophiuchus star-forming complex) งานใหม่นี้ได้แสดงว่าระบบสุริยะของเราอาจจะอุดมไปด้วยธาตุกัมมันตรังสีอายุน้อยได้อย่างไร

     หลักฐานกระบวนการเติม(enrichment) ธาตุกัมมันตรังสีเหล่านี้ถูกพบมาตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษามลทิน(inclusion) ในแร่ธาตุบางชนิดที่อยู่ในอุกกาบาต ได้สรุปว่าพวกมันเป็นซากดึกดำบรรพ์จากระบบสุริยะที่ยังเพิ่งตั้งไข่ และมีผลผลิตที่ได้จากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีอายุน้อย ธาตุกัมมันตรังสีเหล่านี้น่าจะถูกเป่าเข้าสู่ระบบสุริยะที่ยังเพิ่งเยาว์วัยโดยการระเบิดของดาวเป็นซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นใกล้ๆ หรือจากลมดวงดาว(stellar wind) ที่รุนแรงจากดาวมวลสูงชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ดาวโวล์ฟ-ราเยท์(Wolf-Rayet star)

     ผู้เขียนในการศึกษาใหม่ซึ่งเผยแพร่ใน Nature Astronomy วันที่ 16 สิงหาคม ได้ใช้การสำรวจพื้นที่ก่อตัวดาวคนแบกงูซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 460 ปีแสงในหลายช่วงความยาวคลื่น ซึ่งรวมถึงข้อมูลอินฟราเรดอันตระการตา เพื่อเผยให้เห็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างเมฆก๊าซที่กำลังก่อตัวดาว กับไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ถูกสร้างในกระจุกดาวอายุน้อยแห่งหนึ่งที่อยู่ใกล้ๆ การค้นพบได้บ่งชี้ว่าซุปเปอร์โนวาในกระจุกดาวนี้น่าจะเป็นแหล่งของไอโซโทปกัมมันตรังสีอายุน้อยในเมฆที่ก่อตัวดาว

Rho Ophiuchi complex

     Douglas N. C. Lin ผู้เขียนร่วม ศาสตราจารย์กิตติคุณสาขาดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย(UC) ซานตาครูซ กล่าวว่า ระบบสุริยะของเราน่าจะก่อตัวขึ้นในเมฆโมเลกุลก๊าซก้อนใหญ่ก้อนเดียวกับกระจุกดาวอายุน้อย และการเกิดซุปเปอร์โนวาหนึ่งเหตุการณ์หรือมากกว่านั้นจากดาวมวลสูงบางดวงในกระจุกนี้ ก็ปนเปื้อนก๊าซซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นดวงอาทิตย์และระบบดาวเคราะห์ของมัน แม้ว่าจะเคยนำเสนอลำดับเหตุการณ์นี้ในอดีต แต่ความหนักแน่นของรายงานนี้ก็คือใช้การสำรวจหลายช่วงความยาวคลื่นและการวิเคราะห์ทางสถิติที่ละเอียดละออเพื่อทำการตรวจสอบความน่าจะเป็นของแบบจำลองนี้ในเชิงปริมาณ

     John Forbes ผู้เขียนคนแรกจากศูนย์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์การคำนวณ สถาบันฟลาติรอน บอกว่าข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา ช่วยให้มีการตรวจจับรังสีแกมมาที่เปล่งออกจากอลูมินัม-26 นิวเคลียสกัมมันตรังสีอายุสั้น(ค่าครึ่งชีวิต; half-life 717,000 ปี) นี่เป็นการสำรวจที่ท้าทาย เราเพิ่งจะพบมันได้อย่างเชื่อมั่นในพื้นที่ที่กำลังก่อตัวดาวเพียง 2 แห่งเท่านั้น และข้อมูลที่ดีที่สุดก็มาจาก(เมฆ) เชิงซ้อนคนแบกงู เขากล่าว

     เมฆเชิงซ้อนคนแบกงูประกอบด้วยแกนดาวฤกษ์ทารกที่หนาแน่นหลายแห่งอยู่ในหลากหลายขั้นตอนของการก่อตัวดาวฤกษ์ และมีการพัฒนาดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์(protoplanetary disk) ซึ่งแสดงถึงสถานะแรกสุดในการก่อตัวระบบดาวเคราะห์ขึ้นมา ด้วยการรวมข้อมูลภาพถ่ายในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่มิลลิเมตรจนถึงรังสีแกมมา นักวิจัยก็สามารถเห็นการไหลของอลูมินัม-26 จากกระจุกดาวใกล้เคียงเข้าหาพื้นที่ก่อตัวดาวคนแบกงูนี้ กระบวนการเติมสารที่เรากำลังได้เห็นที่คนแบกงูนั้นสอดคล้องกับสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงการก่อตัวของระบบสุริยะเมื่อ 5 พันล้านปีก่อน Forbes กล่าว เมื่อเราได้เห็นตัวอย่างชั้นดีว่ากระบวนการน่าจะเกิดขึ้นอย่างไร เราก็พยายามทำแบบจำลองกระจุกดาวใกล้เคียงที่สร้างไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เราเห็นในรังสีแกมมา

การสำรวจพื้นที่ก่อตัวดาวคนแบกงูในหลายช่วงความยาวคลื่นได้เผยให้เห็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างเมฆก๊าซที่กำลังก่อตัวดาว กับไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ถูกสร้างในกระจุกดาวอายุน้อยแห่งหนึ่งที่อยู่ใกล้ๆ ภาพบน(a) แสดงการกระจายของอลูมินัม-26 เป็นสีแดง ซึ่งตามรอยได้จากการเปล่งรังสีแกมมา ช่องกลางนำเสนอพื้นที่ที่ควบคุมในภาพซ้ายล่าง(b) ซึ่งแสดงการกระจายตัวของดาวฤกษ์ทารก(protostars) ในเมฆคนแบกงูเป็นจุดสีแดง พื้นที่ในช่องที่แสดงในภาพขวาล่าง(c) เป็นภาพรวมประกอบอินฟราเรดใกล้ห้วงลึกของเมฆ L1688 ซึ่งพบแกนก๊าซหนาแน่นสูงที่จะให้กำเนิดดาวฤกษ์พร้อมกับดิสก์ และดาวฤกษ์ทารกอีกจำนวนมาก

     Forbes ได้พัฒนาแบบจำลองซึ่งรวมดาวมวลสูงทุกๆ ดวงที่อาจจะมีอยู่ในพื้นที่นี้ ซึ่งมีตั้งแต่มวล, อายุ จนถึงความน่าจะเป็นที่จะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา และยังรวมผลผลิตอลูมินัม-26 ที่คาดการณ์ไว้จากลมดวงดาวและซุปเปอร์โนวา แบบจำลองได้ช่วยให้เขาได้ตรวจสอบความน่าจะเป็นของลำดับเหตุการณ์ต่างๆ ในการสร้างอะลูมินัม-26 ที่พบในปัจจุบัน ขณะนี้เรามีข้อมูลเพียงพอที่จะบอกได้ว่ามีโอกาส 59% ที่มัน(อลูมินัม-26) จะเกิดจากซุปเปอร์โนวา และอีก 68% ที่จะมาจากหลายๆ แหล่งไม่ใช่ซุปเปอร์โนวาเพียงเหตุการณ์เดียว Forbes กล่าว  

     การวิเคราะห์ทางสถิติชนิดนี้ได้ให้ค่าความเป็นไปได้ของลำดับเหตุการณ์ที่นักดาราศาสตร์ได้โต้เถียงมาตลอดช่วง 50 ปีหลังนี้ Lin ระบุไว้ นี่เป็นทิศทางใหม่สำหรับดาราศาสตร์ เพื่อระบุขอบเขตความน่าจะเป็น

     การค้นพบใหม่ยังแสดงว่าปริมาณของไอโซโทปกัมมันตรังสีอายุสั้นที่ส่งให้กับระบบดาวที่กำลังก่อตัวขึ้นใหม่นั้น สามารถแตกต่างได้อย่างกว้างขวาง ระบบดาวใหม่หลายแห่งจะก่อตัวขึ้นโดยมีปริมาณอลูมินัม-26 ใกล้เคียงกับระบบสุริยะของเรา แต่ความหลากหลายก็สูงมาก แตกต่างกันได้ถึงหลายสิบหลายร้อยเท่า Forbes กล่าว สิ่งนี้ส่งผลต่อวิวัฒนาการช่วงต้นของระบบดาวเคราะห์ เนื่องจากอลูมินัม-26 เป็นแหล่งความร้อนหลักในช่วงต้น อลูมินัม-26 ที่มากขึ้นอาจจะหมายถึงดาวเคราะห์ที่แห้งแล้งกว่า

ภาพรวมประกอบอินฟราเรดใกล้ห้วงลึกของเมฆ L1688 ในพื้นที่ก่อตัวดาวเชิงซ้อนคนแบกงูจากโครงการสำรวจ VISIONS สีน้ำเงิน, เขียวและแดง ในภาพเป็นข้อมูลในช่วงอินฟราเรดใกล้ J band(1.2 µm) H band(1.6 µm) และ KS(2.2 µm) ตามลำดับ

      ข้อมูลอินฟราเรดซึ่งช่วยให้ทีมเจาะทะลุเมฆฝุ่นเข้าสู่ใจกลางของเมฆก่อตัวดาวเชิงซ้อนก้อนนี้ ทำโดยผู้เขียนร่วม Joao Alves จากมหาวิทยาลัยเวียนนา ในฐานะส่วนหนึ่งของการสำรวจ VISION ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) เพื่อสำรวจแหล่งเพาะฟักดาวใกล้ๆ โดยใช้กล้อง VISTA ในชิลี เขากล่าวว่า สำหรับ(เมฆ) คนแบกงูในฐานะพื้นที่ก่อตัวดาวก็ไม่มีอะไรพิเศษ มันก็เป็นการเรียงตัวของก๊าซและดาวมวลสูงอายุน้อยทั่วๆ ไป ดังนั้น ผลสรุปของเราก็น่าจะเป็นตัวแทนการเติมไอโซโทปกัมมันตรังสีอายุสั้นในการก่อตัวดาวและดาวเคราะห์ทั่วทางช้างเผือก

     ทีมยังใช้ข้อมูลจากหอสังเกตการณ์อวกาศเฮอร์เชลและดาวเทียมพลังค์ขององค์กรอวกาศยุโรป(ESA) และหอสังเกตการณ์รังสีแกมมาคอมพ์ตันของนาซา

แหล่งข่าว spaceref.com : nearby star-forming region yields clues to the formation of our solar system
                sciencealert.com : this eerie star nursery shows how the solar system got radioactive elements