ความเป็นมาของฟองก๊าซท้องถิ่น

 

     การศึกษาใหม่พบว่า โลกล้อมรอบด้วยฟองขนาดยักษ์ที่มีความกว้างประมาณหนึ่งพันปีแสง ที่รอยต่อของฟองผลักดันให้เกิดการก่อตัวดาวฤกษ์อายุน้อยทั้งหมดที่อยู่ใกล้เคียง

     เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักดาราศาสตร์ทราบว่าระบบสุริยะอยู่ภายในสิ่งที่เรียกว่า ฟองท้องถิ่น(Local Bubble) เป็นฟองขนาดยักษ์ที่ล้อมรอบด้วยดาวฤกษ์อายุน้อยหลายพันดวง อย่างไรก็ตาม ยังมีความคลุมเครือเกี่ยวกับฟองนี้ ตั้งแต่ไม่ทราบขนาดและรูปร่างของมันที่แม่นยำ จนถึงกำเนิดและวิวัฒนาการ ในการศึกษาใหม่ นักวิจัยได้สำรวจฟองนี้ และพบแง่มุมใหม่ๆ ว่าฟองนี้เกื้อหนุนการก่อตัวดาวใหม่ๆ ได้อย่างไร

    ที่ไม่คาดคิดก็คือ นักดาราศาสตร์พบว่าพื้นที่ก่อตัวดาวที่อยู่ใกล้ๆ ทั้งหมดเรียงอยู่ตามพื้นผิวของฟองท้องถิ่นพอดี Catherine Zucker ผู้เขียนนำการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ในบัลติมอร์ กล่าว เรามีการค้นพบนี้บังเอิญโดยสิ้นเชิง

ภาพจากศิลปินแสดงฟองรอบดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์สว่างที่อยู่ใกล้ๆ กลายเป็นฟองท้องถิ่น

     ด้วยการศึกษานี้ พวกเขาได้สร้างแผนที่จุดสำคัญหลักๆ ในละแวกกาแลคซีใกล้กับระบบสุริยะ พวกเขาได้วิเคราะห์ตำแหน่งในแบบสามมิติ, รูปร่างและการเคลื่อนที่ของก๊าซหนาทึบ และดาวอายุน้อย ภายในระยะทาง 650 ปีแสงจากดวงอาทิตย์ หนึ่งในความท้าทายที่สุดในงานวิจัยนี้ก็คือ จำนวนข้อมูลมากมายที่ต้องใช้เพื่อสร้างภาพสามมิติของจริงเพื่อแสดงการก่อตัวดาวบนพื้นผิวฟอง

     งานวิจัยเกี่ยวข้องกับการทำแผนที่อวกาศในแบบสามมิติ, การเคลื่อนที่ในแบบสามมิติ และมิติของเวลา ขณะนี้เราพูดได้ว่า ได้ย้อนเวลากลับไปและดูว่าพื้นที่ก่อตัวดาวเหล่านี้พัฒนาอย่างไรในช่วงพันปีที่ผ่านมา เมื่อเทียบแล้ว ความเข้าใจเกี่ยวกับการก่อตัวดาวดั่งเดิมของเราเกือบทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากภาพพื้นที่ก่อตัวดาวในแบบสองมิติสถิต Zucker กล่าวเพิ่ม การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของดาวอายุน้อยเหล่านี้ได้ช่วยนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างห่วงโซ่เหตุการณ์เบื้องหลังการสร้างและการเจริญของฟองท้องถิ่นขึ้นมาอีกครั้ง

     พวกเขาได้พบว่าดาวเหล่านี้กำลังเดินทางโดยตรงออกจากพื้นผิวฟอง ซึ่งบอกว่าพวกมันกำลังเคลื่อนที่เนื่องจากฟองกำลังขยายตัวตามเวลา ภายในฟองมีดาวที่อายุเก่าแก่มากกว่าแต่ไม่มีดวงใดเลยที่มีอายุน้อยกว่า 50 ล้านปี  

    นักวิจัยได้พบว่ามีซุปเปอร์โนวาชุดหนึ่งประมาณ 15 เหตุการณ์ที่น่าจะเริ่มเกิดขึ้นใกล้กับใจกลางของฟองท้องถิ่นเมื่อราว 14 ล้านปีก่อน การระเบิดซุปเปอร์โนวาได้สร้างคลื่นกระแทก และต่อมาคลื่นกระแทกที่ขยายตัวนี้ก็ได้กวาดก๊าซเย็นให้เป็นชั้นที่หนา นั้นก็คือพื้นผิวของฟองท้องถิ่น ซึ่งในขณะนี้ได้ยุบตัวลงก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ หลายพันดวง Zucker กล่าว ทุกวันนี้ พื้นที่ก่อตัวดาวและเมฆโมเลกุลที่เป็นที่รู้จักกันดี 7 แห่ง ก็อยู่ตามพื้นผิวฟองนี้ ได้แก่ พื้นที่ก่อตัวดาวกลุ่มดาวคนแบกงู, สุนัขป่า, กิ้งก่าคามิเลียน และแมลงวัน, พื้นที่ก่อตัวดาวไปป์, พื้นที่ที่กลุ่มดาวมงกุฏใต้ และเมฆโมเลกุลกลุ่มดาววัว  

ตำแหน่งฟองท้องถิ่นในทางช้างเผือก

     นักดาราศาสตร์ตั้งทฤษฎีมานานแล้วว่าซุปเปอร์โนวาน่าจะกวาดก๊าซไปกองเป็นเมฆหนาทึบที่สุดท้ายจะก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ แต่นักวิจัยในการศึกษานี้ก็ค่อนข้างประหลาดใจเมื่อได้เรียนรู้ว่า ดาวฤกษ์ใหม่ดวงเดี่ยวๆ เกือบทุกดวงใกล้ดวงอาทิตย์ ก็กำลังบนพื้นผิวฟองท้องถิ่นนี้ โดยปกติ เราสามารถอธิบายได้ว่าพื้นที่ก่อตัวดาวฤกษ์ใกล้เคียงทั้งหมดเริ่มต้นได้อย่างไร และเมื่อทำเช่นนั้น ก็จะให้หลักฐานจากการสำรวจที่ชัดเจนมากๆ แก่ทฤษฎีการก่อตัวดาวที่ขับดันโดยซุปเปอร์โนวา ว่าการแตกดับของดาวสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการก่อตัวของดาวได้ Zucker กล่าว

      การค้นพบใหม่ยังบอกว่าซุปเปอร์โนวามีความเกี่ยวข้องกับฟองนี้ ได้ระเบิดประมาณทุกๆ ล้านปี นับตั้งแต่ซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์แรกเริ่มต้นเมื่อราว 14 ล้านปีก่อน และเหตุการณ์ล่าสุดอาจจะเกิดเมื่อเพียงไม่กี่ล้านปีก่อน เราคิดว่าเราทราบว่าซุปเปอร์โนวาที่ทำให้ฟองขยายตัวออกนี้มาจากกลุ่มดาวไหน ก็คือสองกระจุกเหล่านี้ที่เรียกว่า Upper Centaurus Lupus และ Lower Centaurus Crux ในกลุ่มของดาวที่เรียกว่า Sco-Cen stellar Association ซึ่งก่อตัวขึ้นใกล้ชิดกันและกันอย่างมากห่างกันเพียง 50 ปีแสง เมื่อราว 15 ถึง 16 ล้านปีก่อน ดังนั้น ดาวทั้งหมดในกระจุกทั้งสองเหล่านี้จึงมีอายุใกล้เคียงกัน Zucker กล่าว

    ดาวในกระจุกทั้งสองก่อตัวขึ้นมาโดยมีช่วงมวลที่แตกต่างกัน จากดาวทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน กระจุกน่าจะมีดาวใหญ่ที่สุดก็ใหญ่มากพอที่จะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาได้ ดาวมวลสูงที่สุดเหล่านั้นเริ่มกลายเป็นซุปเปอร์โนวาก่อนเลย โดยดาวที่มีมวลสูงน้อยกว่าก็ระเบิดตามๆ กันมา Zucker กล่าว ในกระจุกน่าจะมีซุปเปอร์โนวาเกิดขึ้นตั้งแต่ 14 ถึง 20 เหตุการณ์ ก็สอดคล้องกับจำนวนการระเบิดที่ต้องใช้เพื่อเป่าฟองท้องถิ่น

ภาพจากศิลปินแสดงฟองท้องถิ่น(Local bubble) ซึ่งมีการก่อตัวดาวใหม่ๆ เกิดขึ้นบนพื้นผิวฟอง ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงว่าห่วงโซ่เหตุการณ์ชุดหนึ่งซึ่งเริ่มต้นเมื่อ 14 ล้านปีก่อน โดยมีซุปเปอร์โนวาชุดหนึ่งได้นำไปสู่การก่อตัวฟองขนาดใหญ่นี้ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวดาวอายุน้อยทั้งหมดภายในระยะ 650 ปีแสงจากโลก ที่ไม่พบพื้นที่การก่อตัวดาวทั้งบนและล่างอาจเป็นเพราะฟองท้องถิ่นดูเหมือนเป็นปล่อง ซึ่งจะปล่อยก๊าซออกจากระนาบกาแลคซี

     ฟองท้องถิ่นไม่ได้สิ้นฤทธิ์ แต่มันขยายตัวอย่างช้าๆ ที่ราว 6.4 กิโลเมตรต่อวินาที อย่างไรก็ตาม มันได้สูญเสียแรงผลักดันเกือบทั้งหมดไปและมีความเร็วที่คงที่มาก Joao Alves ผู้เขียนร่วม นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งเวียนนา กล่าวในแถลงการณ์ว่า เมื่อซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์แรกที่สร้างฟองท้องถิ่นเริ่มระเบิด ดวงอาทิตย์ของเรายังอยู่ไกลจากการระเบิด อย่างไรก็ตาม จนเมื่อ 5 ล้านปีก่อน เส้นทางของดวงอาทิตย์ในทางช้างเผือกก็นำมันผ่านเข้ามาในฟอง และขณะนี้ดวงอาทิตย์ก็อยู่เกือบใจกลางฟองพอดี

     ความจริงที่ว่าดวงอาทิตย์กำลังอยู่ในใจกลางฟองท้องถิ่นพอดี ได้บอกว่าฟองยักษ์ลักษณะนี้อาจจะพบได้ทั่วไปในทางช้างเผือก ไม่เช่นนั้น ดวงอาทิตย์ก็ไม่น่าจะมีโอกาสที่ไปอยู่ใจกลางฟองได้ Zucker กล่าว ทางช้างเผือกก็ไม่ต่างจากสวิสชีส ซึ่งมีโพรงในชีสที่ระเบิดจากซุปเปอร์โนวา และดาวฤกษ์ใหม่ๆ ก็กำลังก่อตัวอยู่ในเนื้อชีสรอบโพรงที่สร้างโดยดาวที่ตายแล้ว

     เป็นไปได้ที่ดวงอาทิตย์และโลกเคยวิ่งผ่านฟองยักษ์ลักษณะนี้หลายแห่งในทางช้างเผือก Zucker กล่าว เราคิดว่าเป็นไปได้ที่จะมีซุปเปอร์โนวาอื่นๆ หรือเพียงแค่ฟองยักษ์ที่เราผ่านเข้าไปก็เป็นได้ แต่ขณะนี้เมื่อดวงอาทิตย์บังเอิญอยู่ตรงกลางฟองท้องถิ่น เราก็จะมีที่นั่งแถวหน้าสุดที่ได้เห็นการก่อตัวดาวเกิดขึ้นรอบๆ เรา

ภาพนิ่งแสดงหน้าจอการแสดงข้อมูลด้วยภาพและไทม์ไลน์วิวัฒนาการฟองท้องถิ่นซึ่งระบุด้วยสีม่วงในภาพ ดวงอาทิตย์เป็นสีเหลือง(ตำแหน่งปัจจุบันดวงอาทิตย์ระบุด้วย x) กระจุกดาวและเมฆเป็นรหัสสีแดงจนถึงฟ้า ขึ้นอยู่กับว่าอยู่ด้านไหนเทียบกับดวงอาทิตย์

     นักวิทยาศาสตร์วางแผนจะทำแผนที่ตำแหน่ง, ขนาดและรูปร่างของฟองอื่นๆ ในทางช้างเผือก ฟองท้องถิ่นอาจจะกำลังมีปฏิสัมพันธ์กับฟองอื่นๆ ในกาแลคซี และเราหวังว่าจะทำแผนที่ฟองอื่นๆ ในอนาคต Zucker กล่าว เธอยังสงสัยว่าแล้วฟองเหล่านี้จะไปแตะกันที่ไหน พวกมันจะมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและกันอย่างไร และฟองยักษ์ผลักดันการกำเนิดดาวอย่างดวงอาทิตย์ของเราในทางช้างเผือก อย่างไรบ้าง ก็น่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้เข้าใจบทบาทที่ดาวที่ตายแล้วมีต่อการให้กำเนิดดาวฤกษ์ใหม่ๆ และในโครงสร้างและวิวัฒนาการของกาแลคซีอย่างทางช้างเผือก

     หนึ่งในความท้าทายที่สุดก็คือการพยายามหาอายุและกระจุกดาวต้นกำเนิดซุปเปอร์โนวาที่สร้างฟองเหล่านี้ เมื่อเราขยับไปไกลจากดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลใหม่จากปฏิบัติการไกอา(Gaia) ที่เรียกว่า Gaia DR3 จะช่วยเราได้ เมื่อมันจะให้การเคลื่อนที่ของดาวราว 30 ล้านดวงในอวกาศสามมิติ ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในการปะติดปะต่อปริศนานี้

     นักวิทยาศาสตร์อธิบายการค้นพบออนไลน์วันที่ 12 มกราคม ในวารสาร Nature พวกเขายังนำเสนอผลสรุปในการแถลงข่าวในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ด้วย

แหล่งข่าว space.com : giant galactic bubble is driving star formation, new study finds
                sciencedaily.com : 1000-light-year wide bubble surrounding Earth is source of all nearby, young stars
                skyandtelescope.com : 1000-light-year “bubble” is the source of all nearby baby stars