ดาวในกาแลคซีอื่นมีขนาดใหญ่กว่าดาวในทางช้างเผือก

 

ภาพจากกล้องฮับเบิลแสดงกาแลคซี MCG+07-33-027 เป็นกาแลคซีที่กำลังก่อตัวดาวอย่างคึกคักมากหรือ starburst galaxy Image credit: International Business Times 

     ทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนได้บรรลุถึงข้อสรุปใหญ่เกี่ยวกับประชากรดาวฤกษ์นอกกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา ผลสรุปนี้อาจจะเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปรากฏการณ์ประหลาดทางดาราศาสตร์ในขอบเขตที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงการก่อตัวของหลุมดำ, ซุปเปอร์โนวา และเพราะเหตุใดกาแลคซีจึง “ตาย”

     กาแลคซีอันโดรเมดา(Andromeda) เพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ทางช้างเผือกมากที่สุด ก็เป็นวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดบนท้องฟ้าที่คุณจะสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าด้วย

     เป็นเวลานานตราบเท่าที่มนุษยชาติได้ศึกษาสรวงสวรรค์ว่า ดาวในกาแลคซีที่ห่างไกลจะมีสภาพเป็นอย่างไรนั้นก็ยังเป็นปริศนา ในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal ทีมนักวิจัยที่สถาบันนีล บอห์ร มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน กำลังทำงานกับความเข้าใจก่อนหน้านี้เกี่ยวกับดาวนอกกาแลคซีของเรา

     นับตั้งแต่ปี 1955 ก็สันนิษฐานว่าองค์ประกอบของดาวในกาแลคซีอื่นๆ ในเอกภพ ก็คงคล้ายกับดาวนับแสนล้านดวงในทางช้างเผือกของเรา คือ เป็นส่วนผสมของดาวมวลสูง, มวลปานกลาง และมวลต่ำ แต่ด้วยความช่วยเหลือจากการสำรวจกาแลคซี 140,000 แห่งทั่วเอกภพ และแบบจำลองชั้นสูงอีกชุดใหญ่ ทีมได้ทดสอบว่าการกระจาย(มวล) ของดาวในทางช้างเผือกจะสามารถใช้กับที่อื่นๆ ได้หรือไม่ คำตอบก็คือ ไม่ได้ ดาวในกาแลคซีที่ไกลโพ้นมักจะมีมวลสูงกว่าพวกที่อยู่ในละแวกท้องถิ่นของเรา การค้นพบนี้ส่งผลอย่างใหญ่หลวงต่อสิ่งที่เราคิดว่าเรารู้จักในเอกภพนี้

      มวลของดาวบอกเหล่านักดาราศาสตร์ได้มากมาย ถ้าคุณเปลี่ยนมวล คุณก็จะเปลี่ยนจำนวนของซุปเปอร์โนวาและหลุมดำที่เกิดขึ้นจากดาวมวลสูงด้วย ด้วยเหตุนี้ ผลสรุปของเราจึงหมายความว่าเราจะต้องปรับปรุงหลายอย่างที่เราเคยคาดเดาไว้ เนื่องจากกาแลคซีที่ไกลโพ้นนั้นดูค่อนข้างต่างจากกาแลคซีของเรา Albert Sneppen นักศึกษาปริญญาโทที่สถาบันนีล บอห์ร และผู้เขียนคนแรกในการศึกษานี้ กล่าว

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ขนาดกลาง(G-type) มีสีเหลือง ในขณะที่ดาวมวลสูง จะมีสีฟ้า, ฟ้าอมขาว(O,B types) ดาวมวลต่ำสุด คือ ดาวฤกษ์แคระแดง(M-type) 

     นักวิจัยประเมินขนาดและมวลของดาวในกาแลคซีอื่นๆ ว่าใกล้เคียงกับดาวในกาแลคซีของเรามานานกว่าห้าสิบปีแล้ว ด้วยเหตุผลง่ายๆ ก็คือ พวกเขาไม่สามารถใช้กล้องโทรทรรศน์สำรวจพวกมันได้อย่างที่ทำได้กับดาวในกาแลคซีของเรา กาแลคซีที่อยู่ห่างไกลนั้นอยู่ไกลออกไปหลายพันล้านปีแสง ด้วยเหตุนี้ จึงมีแต่แสงจากดาวที่ทรงพลังที่สุด, มวลสูงและสว่างที่สุดในกาแลคซีเท่านั้นที่เดินทางมาถึงเราได้ และจะต้องคาดเดาเกี่ยวกับประชากรดาวที่มีมวลเบากว่า  

     จึงเป็นเรื่องทีสร้างความปวดหัวให้กับนักวิจัยทั่วโลกมาหลายปี เมื่อพวกเขาไม่เคยจะแน่ใจว่าดาวในกาแลคซีแห่งอื่นๆ มีการกระจาย(มวล) อย่างไร เป็นความคลาดเคลื่อนที่บังคับให้พวกเขาต้องเชื่อว่าพวกมันมีการกระจายเหมือนกับดาวในกาแลคซีของเรา

    เราทำได้เพียงมองยอดของภูเขาน้ำแข็งเท่านั้น และรู้มานานแล้วว่าการคาดหวังว่ากาแลคซีแห่งอื่นๆ จะเหมือนกับกาแลคซีของเรานั้นไม่ใช่ข้อสันนิษฐานที่ดีเลย อย่างไรก็ตาม ไม่มีใครที่สามารถพิสูจน์ได้ว่ากาแลคซีแห่งอื่นๆ จะมี(สัดส่วน) ประชากรดาวที่แตกต่างออกไป การศึกษานี้ช่วยให้เราทำแบบนั้นได้ ซึ่งอาจจะเปิดประตูสู่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งมากขึ้นเกี่ยวกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแลคซี Charles Steinhardt รองศาสตราจารย์ ผู้เขียนร่วมการศึกษานี้ กล่าว

     ในการศึกษา นักวิจัยได้วิเคราะห์แสงจากกาแลคซี 140,000 แห่งในบัญชีรายชื่อ COSMOS ซึ่งเป็นฐานข้อมูลการสำรวจแสงมากกว่าหนึ่งล้านงานจากกาแลคซีอื่นๆ ในระดับนานาชาติ กาแลคซีเหล่านั้นกระจายอยู่ตั้งแต่ใกล้ที่สุดจนถึงห่างไกลที่สุดในเอกภพซึ่งแสงใช้เวลาเดินทาง 12 พันล้านปีก่อนที่จะสำรวจได้บนโลก ทีมได้พบว่าโดยเฉลี่ยแล้ว ดาวในกาแลคซีที่ไกลโพ้นมักจะมีมวลสูงกว่าพวกที่อยู่ในละแวกท้องถิ่นของเรา การค้นพบนี้ส่งผลอย่างใหญ่หลวงต่อสิ่งที่เราคิดว่าเรารู้จักในเอกภพนี้

ซ้าย: อุณหภูมิระหว่าง 10 ถึง 50 เคลวิน กับเวลาที่มองย้อนกลับไปจากตัวอย่างกาแลคซีใน COSMOS 139305 แห่งที่มี S/N>10 ใน V band เรดชิพท์ที่มากขึ้น จะมีกาแลคซีที่อุณหภูมิต่ำน้อยลง อุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้นจากราว 28 ไปเป็น 36 เคลวิน จากเวลาปัจจุบันย้อนไป 12 พันล้านปีก่อน ในขณะที่การกระจายช่วงอุณหภูมิก็แคบลง

     นักวิจัยบอกว่า การค้นพบใหม่จะส่งนัยอย่างกว้างขวาง ยกตัวอย่างเช่น ยังคงเป็นปัญหาที่ไม่มีคำตอบว่าเพราะเหตุใดกาแลคซีจึงตายและหยุดก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ ผลสรุปใหม่บอกว่านี่อาจอธิบายได้ด้วยแนวโน้มธรรมดา Sneppen กล่าวว่า ขณะนี้เมื่อเราสามารถถอดรหัสมวลของดาวได้ดีขึ้น เราก็จะเห็นรูปแบบใหม่คือ กาแลคซีที่มีมวลต่ำสุดยังคงก่อตัวดาวฤกษ์ ในขณะที่กาแลคซีที่มีมวลสูงขึ้นมาหยุดสร้างดาวใหม่ นี่บอกถึงแนวโน้มอันเป็นสากลในการตายของกาแลคซี

     งานวิจัยทำที่ศูนย์อรุณรุ่งแห่งเอกภพ(Cosmic Dawn Center) ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยดาราศาสตร์พื้นฐานในระดับนานาชาติที่ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิจัยแห่งชาติเดนมาร์ก DAWN เป็นความร่วมมือระหว่างสถาบันนีล บอห์ร มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน กับ DTU Space ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก ศูนยนี้อุทิศให้กับความเข้าใจว่ากาแลคซีแห่งแรกๆ ก่อตัวอย่างไรและเมื่อใด, ดาวและหลุมดำก่อตัวและพัฒนาอย่างไรในเอกภพยุคต้น ผ่านการสำรวจที่ทำโดยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่สุดพร้อมกับงานทางทฤษฎีและแบบจำลองเสมือนจริง

แหล่งข่าว spaceref.com : stars are heavier than we thought
                sciencealert.com : census of 140,000 galaxies reveals a surprising fact about their stars
                universetoday.com : the stars in other galaxies are generally heavier than the Milky Way’s stars