เฝ้าดูการตายของดาวไฮเปอร์ยักษ์ VY Canis Majoris

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวไฮเปอร์ยักษ์แดง VY Canis Majoris ซึ่งอยู่ไกลออกไป 3009 ปีแสงจากโลก มันอาจจะเป็นดาวมวลสูงสุดเท่าที่เคยพบในทางช้างเผือก

    ทีมนักดาราศาสตร์ได้สร้างภาพดาวไฮเปอร์ยักษ์(hypergiant) ดวงหนึ่งที่กำลังจะตาย ในรายละเอียดสามมิติ ทีมซึ่งนำโดย Ambesh Singh และ Lucy Ziurys จากมหาวิทยาลัยอริโซนา ได้ตามรอยการกระจายตัว, ทิศทางและความเร็วของโมเลกุลหลากหลายชนิดรอบๆ ดาวไฮเปอร์ยักษ์แดงดวงหนึ่งซึ่งมีชื่อว่า VY Canis Majoris

     การค้นพบนำเสนอในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 240 ในพาซาดีนา คาลิฟอร์เนีย ได้ให้แง่มุมในระดับที่ไม่น่าเชื่อ สู่กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการตายของดาวฤกษ์ยักษ์ ทีมประกอบด้วย Robert Humphreys จากมหวิทยาลัยมินเนโซตา และ Anita Richards จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ในสหราชอาณาจักร

     ดาวซุปเปอร์ยักษ์สุดขั้วที่เรียกว่า ไฮเปอร์ยักษ์ นั้นพบได้ยากมากๆ โดยในทางช้างเผือกพบเพียงไม่กี่ดวงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น บีเทลจุส(Betelgeuse) ดาวที่สว่างที่สุดเป็นอันดับสองในกลุ่มดาวนายพราน(Orion) และ NML Cygni หรือ V1489 Cygni ในกลุ่มดาวหงส์(Cygnus) ดาวมวลสูงไม่เหมือนกับดาวมวลต่ำลงมาซึ่งจะพองตัวออกเมื่อเข้าสู่สถานะดาวยักษ์แดง(red giant) แต่ก็ยังรักษารูปร่างทรงกลมได้ ไฮเปอร์ยักษ์จะมีการสูญเสียมวลอย่างรุนแรงเป็นครั้งคราว ซึ่งจะก่อตัวโครงสร้างที่ซับซ้อนและไม่ปกติมากๆ ประกอบด้วยวงโค้ง(arcs), ก้อน(clumps) และปม(knots)

     VY Canis Majoris(เขียนสั้นๆ ว่า VY CMa) อยู่ห่างจากโลกออกไป 3009 ปีแสง มันเป็นดาวแปรแสงที่หดพองได้(pulsating variable star) ในกลุ่มดาวสุนัขใหญ่(Canis Major) มีมวลราว 17 เท่าดวงอาทิตย์ เส้นผ่าศูนย์กลางระหว่าง 10,000 ถึง 15,000 เท่าหน่วยดาราศาสตร์(astronomical units; 1 AU คือระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์) VY CMa จึงอาจจะเป็นดาวขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในทางช้างเผือกมา Ziurys บอกไว้

ขนาดของ VY CMa ถ้านำมาไว้ในใจกลางระบบสุริยะแทนดวงอาทิตย์ พื้นผิวจะมีขนาดเลยวงโคจรของดาวเสาร์ image credit: quora.com 

      ลองนึกถึงบีเทลจุสในแบบโด๊ปสเตียรอยด์ Ziurys กล่าว แต่มันใหญ่กว่ามาก, มีมวลสูงกว่ามาก และมีการผลักมวลอย่างรุนแรงทุกๆ 200 ปีหรือประมาณนั้น ทีมเลือกศึกษา VY CMa ด้วยเหตุผลที่มันเป็นหนึ่งในตัวอย่างดาวฤกษ์ชนิดเหล่านี้ที่ดีที่สุดดวงหนึ่ง

     เราสนใจเป็นพิเศษว่าไฮเปอร์ยักษ์ทำอะไรเมื่อถึงจุดจบชีวิตของพวกมัน Singh นักศึกษาปริญญาเอกปีที่สี่ในห้องทดลอง Ziurys กล่าว ผู้คนมักจะคิดว่าดาวมวลสูงเหล่านี้ก็แค่พัฒนาระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา แต่เราชักจะไม่แน่ใจอีกต่อไป เพราะถ้าเป็นเช่นนั้น เราก็น่าจะได้เห็นซุปเปอร์โนวาได้มากกว่านี้ Ziurys กล่าวเสริม ขณะนี้เราคิดว่าพวกมันอาจจะยุบตัวลงอย่างเงียบๆ กลายเป็นหลุมดำแต่เราไม่ทราบว่าดวงไหนจะจบชีวิตแบบนั้น หรือเกิดขึ้นเพราะอะไรและอย่างไร

      ุ   การตรวจสอบสเปคตรัมและภาพถ่าย VY CMa ก่อนหน้านี้จากกล้องฮับเบิล ได้แสดงถึงการมีอยู่ของวงโค้งและปมก้อนอื่นๆ อย่างชัดเจน หลายรายละเอียดแผ่ออกไปไกลหลายพัน AU จากดาว เพื่อค้นหารายละเอียดกระบวนการที่ไฮเปอร์ยักษ์จะจบชีวิตให้มากขึ้น ทีมจึงตามรอยโมเลกุลบางชนิดที่พบรอบๆ ดาว และทำแผนที่โมเลกุลเหล่านั้นบนภาพฝุ่นที่มีอยู่ก่อนแล้วซึ่งถ่ายโดยกล้องฮับเบิล

     ไม่มีใครที่จะสามารถสร้างภาพดาวดวงนี้ได้โดยสมบูรณ์ Ziurys กล่าว อธิบายว่าทีมของเธอต้องการจะเข้าใจกลไกที่ดาวทิ้งมวล ซึ่งดูจะแตกต่างจากที่ดาวขนาดเล็กกว่าเป็น เมื่อเข้าสู่ช่วงยักษ์แดงในบั้นปลายชีวิตของพวกมัน คุณจะไม่เห็นการสูญเสียมวลแบบสมมาตร แต่จะเป็นเซลล์การพาความร้อน(convective cells) ที่พัดพาผ่านชั้นโฟโตสเฟียร์ของดาว เหมือนกับลูกกระสุนยักษ์ และผลักมวลออกมาในทิศทางที่แตกต่างกัน เธอกล่าว มันก็คล้ายกับ coronal arc ที่ดวงอาทิตย์ แต่ใหญ่กว่าถึงหนึ่งพันล้านเท่า

ภาพมุมกว้างแสดง VY Canis Majoris

      ทีมใช้ ALMA ในชิลีเพื่อตามรอยโมเลกุลหลายชนิดในวัสดุสารที่พื้นผิวดาวผลักออกมา ในขณะที่ยังคงทำการสำรวจบางส่วนอยู่ แต่ก็ทำแผนที่เบื้องต้นจากโมเลกุลกำมะถันออกไซด์, กำมะถันไดออกไซด์, ซิลิกอนออกไซด์, ฟอสฟอรัสออกไซด์ และโซเดียมคลอไรด์ เรียบร้อยแล้ว จากข้อมูลเหล่านี้ ทีมได้สร้างภาพโครงสร้างโมเลกุลที่ไหลออกจาก VY CMa ในระดับที่แสดงแนวโน้มที่วัสดุสารทั้งหมดถูกผลักออกจากดาวฤกษ์

      โมเลกุลประปรายอยู่ตามวงโค้งในเปลือกก๊าซ ซึ่งบอกเราว่าโมเลกุลผสมคลุกเคล้ากับฝุ่นอย่างทั่วถึง Singh กล่าว ข้อดีของการเปล่งคลื่นจากโมเลกุลในช่วงวิทยุก็คือ พวกมันให้ข้อมูลความเร็ว ไม่เหมือนกับการเปล่งคลื่นจากฝุ่น ซึ่งอยู่นิ่ง

     ด้วยการหันจานรับสัญญาณวิทยุ 48 จานของ ALMA ไปในทิศทางที่แตกต่างกัน นักวิจัยก็สามารถเก็บข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางและความเร็วของโมเลกุล และทำแผนที่โมเลกุลในพื้นที่ต่างๆ ในเปลือกก๊าซรอบไฮเปอร์ยักษ์ดวงนี้ ในรายละเอียด กระทั่งเชื่อมโยงโมเลกุลกับการผลักมวลครั้งต่างๆ ได้

     การประมวลผลข้อมูลยังเป็นภาระหนักในแง่พลังการคำนวณ Singh กล่าว โดยรวมแล้ว เราได้ประมวลผลข้อมูลเกือบ 1 เทร่าไบต์จาก ALMA และเรายังคงได้รับข้อมูลเพื่อที่เราจะได้เข้าถึงความละเอียดสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ เขากล่าว แค่เทียบมาตรฐาน(calibrate) กับล้างข้อมูล ก็ต้องวนทำซ้ำ(iteration) ถึง 2 หมื่นรอบแล้ว ซึ่งใช้เวลาหนึ่งถึงสองวันสำหรับโมเลกุลแต่ละชนิด

     ด้วยการสำรวจเหล่านี้ ขณะนี้เราสามารถทำแผนที่ได้ Ziurys กล่าว กระทั่งตอนนี้ ก็ทำได้เพียงศึกษาพื้นที่ส่วนเล็กๆ ของโครงสร้างขนาดมหึมานี้เท่านั้น แต่คุณก็ยังไม่เข้าใจการสูญเสียมวลและดาวขนาดใหญ่เหล่านี้ตายได้อย่างไร โดยที่ไม่ได้พิจารณาพื้นที่ทั้งหมดทั้งมวล นี่เป็นเหตุผลที่เราอยากจะสร้างภาพที่สมบูรณ์ขึ้นมา

 

แหล่งข่าว spaceref.com : watching the death of a rare giant star
                space.com : “Betelgeuse on steroids ” sheds light on how rare massive stars die