ดาวฤกษ์แท้งก่อตัวต่างจากดาวฤกษ์แท้

 

ช่วงมวล ของดาวเคราะห์ก๊าซอย่างดาวพฤหัสฯ, ดาวแคระน้ำตาลหรือดาวฤกษ์แท้ง(failed star) และดาวฤกษ์

     ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุฟากฟ้าที่ประหลาด โดยมีตำแหน่งอยู่ระหว่างดาวฤกษ์กับดาวเคราะห์ บางครั้งนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็เรียกดาวแคระน้ำตาลว่าเป็น ดาวฤกษ์แท้ง(failed star) เนื่องจากพวกมันมีมวลไม่มากพอที่จะเผาไหม้ไฮโดรเจนในแกนกลางและสว่างเหมือนอย่างดาวฤกษ์ เป็นที่ถกเถียงอย่างต่อเนื่องว่าการก่อตัวของดาวแคระน้ำตาลนั้นเหมือนกับการก่อตัวของดาวฤกษ์ในแบบที่ขนาดเล็กลงมาหรือไม่

     นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กำลังมุ่งเป้าไปที่ดาวแคระน้ำตาลอายุน้อยที่สุดที่เรียกว่า ดาวแคระน้ำตาลทารก(proto-brown dwarfs) พวกมันมีอายุเพียงไม่กี่พันปี และยังคงอยู่ในสถานะการก่อตัวช่วงต้น พวกเขาต้องการจะทราบว่าก๊าซและฝุ่นในแคระน้ำตาลทารกเหล่านี้ จะคล้ายกับองค์ประกอบของดาวฤกษ์ทารกอายุน้อยหรือไม่ ความสนใจมุ่งไปที่มีเธน(methane) ซึ่งเป็นโมเลกุลก๊าซง่ายๆ ที่เสถียรมาก ซึ่งเมื่อก่อตัวขึ้นแล้วจะถูกทำลายได้เฉพาะโดยกระบวนการทางกายภาพที่มีพลังงานสูงเท่านั้น มันถูกพบบนดาวเคราะห์นอกระบบหลายดวงเช่นกัน ในอดีต มีเธนมีบทบาทพื้นฐานในการช่วยจำแนกและศึกษาคุณสมบัติของดาวแคระน้ำตาลที่เก่าแก่ที่สุดในกาแลคซีของเรา ซึ่งมีอายุระดับหลายร้อยล้านจนถึงหลายพันล้านปี

     ขณะนี้ เป็นครั้งแรกที่ทีมที่นำโดย Basmah Riaz นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยลุดวิกมักซิมิลเลียนแห่งมิวนิค(LMU) ได้ตรวจพบมีเธนที่มีดิวทีเรียม(deuterated methane; CH₃D) ในแคระน้ำตาลทารก 3 ดวง เป็นครั้งแรกที่มีการตรวจจับ CH₃D นอกระบบสุริยะได้อย่างชัดเจน เป็นผลสรุปที่คาดไม่ถึง หมายเหตุ ดิวทีเรียมเป็นไฮโดรเจนในแบบที่หนักขึ้น โดยมีนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียส ในขณะที่ไฮโดรเจนปกติไม่มีนิวตรอน   

ธาตุไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป คือ ไฮโดรเจนปกติหรือโพรเทียม(protium) ซึ่งไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียส และไฮโดรเจนหนักอีก 2 ไอโซโทป คือ ดิวทีเรียม และทริเทียม ซึ่งมีนิวตรอนในนิวเคลียส 1 และ 2 อนุภาค ตามลำดับ

     แคระน้ำตาลทารกนั้นเป็นวัตถุที่หนาแน่นและเย็นมาก ทำให้ยากที่จะศึกษาสัญญาณมีเธนจากพวกมันในช่วงอินฟราเรดใกล้ได้ ซึ่งจะสำรวจได้ในช่วงมิลลิเมตร ในช่วงคลิ่นวิทยุ มีเธนก็ไม่มีสัญญาณสเปคตรัมเนื่องจากความสมมาตรของมัน แต่ CH₃D สามารถสำรวจได้ในช่วงมิลลิเมตร

     การตรวจจับ CH₃D ได้เป็นครั้งแรกเป็นเรื่องที่น่าสนใจเนื่องจาก จากทฤษฎีการก่อตัวแคระน้ำตาลแล้ว แคระน้ำตาลทารกจะเย็นมาก(ระดับ 10 เคลวินหรือต่ำกว่า) และหนาแน่นกว่าดาวฤกษ์ทารก อ้างอิงจากทฤษฎีเคมี CH₃D นั้นก่อตัวเมื่อก๊าซอุ่นที่ระดับ 20 ถึง 30 เคลวิน การตรวจสอบนี้จึงบอกว่าอย่างน้อยก็มีก๊าซในสัดส่วนพอประมาณในแคระน้ำตาลทารกที่อุ่นกว่า 10 เคลวิน ไม่งั้น CH₃D ก็ไม่น่าจะปรากฏอยู่ได้ Basmah Riaz กล่าว ปริมาณของ CH₃D ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ประเมินปริมาณมีเธนด้วย

      และยังเป็นเรื่องไม่คาดคิด ในขณะที่พบดาวฤกษ์ทารกที่คล้ายดวงอาทิตย์เพียงดวงเดียวที่มีร่องรอย CH₃D แต่ทีมจาก LMU ได้พบ CH₃D อย่างแน่ชัดบนแคระน้ำตาลทารก 3 ดวง นี่หมายความว่า แคระน้ำตาลทารกมีปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์ที่รุ่มรวยในอุณหภูมิอุ่น และวัตถุเหล่านี้ก็อาจไม่ใช่แค่ดาวฤกษ์ทารกในแบบย่อมๆ ลงมาอีกต่อไป

เนบิวลาในกลุ่มดาวงู(Serpens) ในพื้นที่นี้บนท้องฟ้า ทีม LMU ได้พบมีเธนที่มีดิวทีเรียมในดาวแคระน้ำตาลทารกดวงหนึ่ง

     มีเธนบนแคระน้ำตาลทารกอาจจะหรือไม่อาจจะรอดหรือรักษาปริมาณที่สูงในแคระน้ำตาลเก่าแก่ที่สุดได้ Wing-Fai Thi ผู้เขียนร่วม จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก กล่าว เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นนั้นมีความเหมาะสมในการก่อตัวโมเลกุลเชิงซ้อนมากกว่า แคระน้ำตาลทารกจึงเป็นวัตถุที่น่าสนใจในการสำรวจหาโมเลกุลเหล่านี้ในอนาคต

แหล่งข่าว phys.org : new insights into the formation of brown dwarfs