ดาวยักษ์ที่พบในที่ที่ไม่ควรอยู่

 

ดาวเกือบทั้งหมดโดยเฉพาะพวกมวลสูง จะอยู่ในระนาบกาแลคซี แต่ก็มีไม่กี่ดวงที่อยู่เหนือและใต้ระนาบ และมีอีกจำนวนหนึ่งที่เป็นปริศนาที่อาจจะไขได้แล้วในที่สุด 

    ดิสก์ของทางช้างเผือกซึ่งเหมือนแป้งเครปมีความกว้าง 1 แสนปีแสง และหนา 1 พันปีแสง เป็นที่ที่ก่อตัวดาวฤกษ์เกือบทั้งหมดของทางช้างเผือกขึ้น ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงประหลาดใจเมื่อหลายปีก่อน ได้พบดาวฤกษ์มวลสูงดวงหนึ่ง อยู่เหนือระนาบกาแลคซีขึ้นไป 3600 ปีแสง เลยจากดิสก์ออกไปในพื้นที่ที่มีประชากรดาวอยู่อย่างเบาบางที่เรียกว่า กลดกาแลคซี(galactic halo) ดาวดวงนี้ยังดูอายุน้อยเกินกว่าจะเดินทางออกจากดิสก์หลังจากที่เกิดขึ้นมา แต่ความคิดว่าดาวลักษณะนี้น่าจะก่อตัวขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ในฮาโลที่ขาดแคลนก๊าซ ก็มีเหตุผลมารองรับไม่พอ

     ขณะนี้ Douglas Gies จากมหาวิทยาลัยจอร์เจียสเตท และเพื่อนร่วมงานได้เสนอลำดับเหตุการณ์ที่เป็นไปได้เพื่ออธิบายนักเดินทางดวงนี้ HD 93521 ขณะนี้มันเป็นดาวฤกษ์สีฟ้า(สเปคตรัมชนิด O) ที่มีมวล 17 เท่าดวงอาทิตย์ แต่บางทีมันอาจจะไม่ได้เป็นเช่นนั้นมาตั้งแต่เกิด ครั้งหนึ่ง ดาวอาจจะเคยเป็นดาวมวลต่ำกว่าคู่หนึ่งซึ่งต่อมาก็ควบรวมกัน นักดาราศาสตร์ได้นำเสนอลำดับเหตุการณ์นี้ใน Astronomical Journal ฉบับวันที่ 1 กุมภาพันธ์

     นักดาราศาสตร์ทราบว่ามีดาวฤกษ์ดวงอื่นที่อาจจะหนีออกจากดิสก์ทางช้างเผือก ซุปเปอร์โนวาของดาวที่ตายแล้วสามารถผลักดาวข้างเคียงออกไป เช่นเดียวกับการผ่านเข้าใกล้พี่น้องดวงอื่นๆ ในกระจุกดาว ก็ส่งมันเดินทางออกไปได้ด้วยเช่นกัน แต่ดาวมวลสูงซึ่งเผาไหม้เร็วและตายตั้งแต่อายุน้อย และความอวบอ้วนของ HD 93521 อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ย 3 หมื่นเคลวิน มันน่าจะมีชีวิตอยู่ได้ราว 10 ล้านปี ก็บอกว่ามันไม่ได้อยู่นานพอที่จะหนีออกจากดิสก์ทัน ตามที่ Ian Howarth และ Andy Reid จาก University College London บอกไว้เมื่อปี 1993 ว่าดาวไม่มีเวลามากพอที่จะเดินทางออกไปได้ไกลอย่างนั้น

โครงสร้างคร่าวๆ ของทางช้างเผือก ดาวฤกษ์เกือบทั้งหมดจะก่อตัวในดิสก์ตามแขนกังหัน 

     นักดาราศาสตร์จึงมีคำอธิบายที่เป็นไปได้ 3 ทางในกรณีนี้คือ ดาวมีอายุมากกว่าที่เห็น หรือมันอาจจะก่อตัวขึ้นเรียบร้อยแล้วไกลจากระนาบกาแลคซีออกมา หรือเดิมทีมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่สูงมากและมีบางสิ่งที่ชะลอความเร็วของมันลงมา

     ขณะนี้ ทีมของ Gies ได้ทำการคำนวณซ้ำโดยใช้การตรวจสอบระยะทางและการเคลื่อนที่ของดาวครั้งใหม่ จากดาวเทียมไกอา(Gaia) ขององค์กรอวกาศยุโรป ซึ่งการตรวจสอบของไกอาเป็นผลให้ระยะทางของดาวดวงนี้อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เพียง 4000 ปีแสง จากเดิม 7000 ปีแสงที่เคยคำนวณไว้ แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังได้ข้อสรุปเหมือนกับ Howarth และ Reid ว่ามันก็ยังไม่มีเวลาพอ ดาวซึ่งดูเหมือนจะมีอายุ 5 ล้านปี แต่จากเส้นทางปัจจุบันของมัน มันน่าจะใช้เวลาถึง 39 ล้านปีเพื่อเดินทางออกจากดิสก์

    แต่เมื่อมีข้อมูลไกอาอยู่ในมือ ทีมของ Gies ก็ก้าวหน้าไปอีกขั้น โดยการตามรอยเส้นทางของดาวย้อนหลังไป 5 ล้านปีก่อนเพื่อมองหาสัญญาณญาติพี่น้องดาว หรือซากที่เหลือของกระจุกที่ให้กำเนิดมัน พวกเขาไม่พบอะไรเลย และเมื่อในฮาโลก็ไม่ใช่ที่สร้างดาว ดาวจะต้องมาจากดิสก์อย่างแน่นอน แต่คำถามก็คือ อย่างไร

     การควบรวมภายในระบบดาวที่ถูกผลักออกมาก็เป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้อย่างหนึ่ง ดาวสามารถก่อตัวเป็นระบบคู่ที่แนบชิดกันซึ่งต่อมาจะควบรวมเป็นดวงเดียวได้ และเมื่อเกิดสิ่งนั้นขึ้น การชนจะก่อกวนภายในของพวกมัน นำไฮโดรเจนใหม่ๆ เข้าสู่แกนกลางของดาวที่เพิ่งควบรวม เป็นผลให้เกิดการย้อนวัย ตั้งนาฬิกาวิวัฒนาการใหม่อีกครั้ง หรือพูดอีกอย่างว่า HD 93521 ที่ดูเหมือนจะมีอายุ 5 ล้านปี แต่อายุนั้นก็นับตั้งแต่ที่เกิดการชน

HD 93521 ดาวฤกษ์ร้อนชนิด O อยู่ในกลด(halo) ของทางช้างเผือก ไกลจากระนาบกาแลคซีที่ก่อตัวดาวเกือบทั้งหมดของกาแลคซี 

     การควบรวมยังน่าจะอธิบายการหมุนรอบตัวที่เร็วของดาวนี้ แม้ว่าจะมีมวลสารที่ศูนย์สูตร 7.4 เท่าเท่าดวงอาทิตย์ แต่มันกลับหมุนรอบตัวในเวลาเพียง 21 ชั่วโมงเท่านั้น เทียบกับคาบการหมุนรอบตัวที่ศูนย์สูตรดวงอาทิตย์ที่ 24.5 วัน ในความเป็นจริง มันกำลังหมุนรอบตัวเร็วมากๆ จนการหมุนทำให้ดาวมีรูปร่างคล้ายลูกรักบี้

    ลำดับเหตุการณ์การควบรวมยังต้องการสมดุลที่ค่อนข้างละเอียดอ่อน กล่าวคือ ดาวคู่จะต้องเดินทางออกจากระนาบกาแลคซีแทบจะทันทีหลังจากที่พวกมันก่อตัวขึ้นมา ดาวคู่เป็นดาวมวลปานกลางมีอายุยาวกว่าดาวที่มวลสูงกว่า ดังนั้น ดาวต้นกำเนิดจะต้องมีมวลต่ำมากพอและมีอายุยืนมากพอที่จะอธิบายการเดินทาง 39 ล้านปีจากดิสก์ทางช้างเผือกด้วย ในเวลาเดียวกัน ดาวขนาดเล็กกว่าทั้งสองก็จะต้องมีมวลสารมากพอที่จะรวมกันเป็นมวลปัจจุบันของดาวที่ 17 เท่าดวงอาทิตย์กว่าๆ และเนื่องจากขณะนี้มันกำลังสูญเสียมวล และอาจจะสูญเสียมวลบางส่วนไปแล้วผ่านกระบวนการควบรวมด้วย Gies บอกว่าแม้จะไม่สามารถระบุมวลปัจจุบันของดาวได้แน่ชัด แต่ลำดับเหตุการณ์การควบรวมให้ช่วงมวลที่สอดคล้อง

     HD 93521 ไม่ใช่กรณีดาวมวลสูงดวงเดียวที่พบไกลจากที่เกิดของมัน Peter Wysocki นักศึกษาจากจอร์เจียสเตท กำลังตรวจสอบตัวอย่างระบบดาวคู่มวลสูงอีกแห่งที่อยู่ไกล ซึ่งอาจจะเป็นตัวแทนสภาวะก่อนที่จะเกิดการควบรวม ดาวดวงนี้ซึ่งเรียกว่า IT Librae มีการเรียงตัวที่ทำให้เราเห็นคราส เมื่อดาวสองดวงผ่านหน้าซึ่งกันและกัน การสำรวจการแปรเปลี่ยนของแสงดาว และการเคลื่อนที่จากสเปคตรัมนำไปสู่การประเมินมวลของพวกมัน

การหมุนรอบตัวที่เร็วมากของ HD 93521 ทำให้รูปร่างมันเปลี่ยนไปตามที่แสดงในแบบจำลองนี้

     จากค่ามวลที่ได้ Wysocki เองก็พบความขัดแย้งคล้ายๆ กัน ก็คือ อายุที่ทำนายไว้ของ IT Librae นั้นสั้นเกินกว่าที่มันใช้เดินทางออกจากดิสก์ แต่การศึกษาก็ยังเผยให้เห็นว่าดาวมวลต่ำกว่าในคู่ ก็ได้เริ่มถ่ายเทมวลส่วนใหญ่ของมันไปให้กับดาวมวลสูงกว่าในคู่ เริ่มต้นกระบวนการที่อาจนำไปสู่การควบรวมในที่สุด นี่หมายความว่า แท้จริงแล้ว ดาวมวลสูงกว่าจะต้องเก่าแก่กว่าที่มันแสดงออกมา โดยเริ่มต้นชีวิตเป็นดาวที่มีมวลต่ำกว่าที่เห็น

     ดาวมวลสูงที่อยู่ห่างไกลเหล่านี้ได้ให้หลักฐานที่ชัดเจนว่าระบบดาวคู่ที่อยู่ใกล้ชิดกัน สามารถควบรวมกันเพื่อสร้างดาวที่มีมวลสูงขึ้นได้ Gies กล่าว และนั้นก็เป็นเงื่อนงำสำคัญว่าดาวมวลสูงที่หมุนรอบตัวเร็วมากจะสามารถสร้างหลุมดำที่มีอัตราการหมุนรอบตัวเร็ว ได้อย่างไร

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : a star where it shouldn’t be
                phys.org : astronomers offer theory about mysterious location of massive stars
                iflscience.com : how giant stars end up in “impossible” locations
               sciencealert.com : astronomers keep finding stars that should be dead. Now, we may finally know why