ฮับเบิลตรวจสอบการคืนสภาพของดาวซุปเปอร์ยักษ์แดง

 

ตำแหน่งของบีเทลจุสที่ไหล่ขวาของกลุ่มดาวนายพราน(Orion)

     การวิเคราะห์ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซาและจากหอสังเกตการณ์แห่งอื่นๆ นักดาราศาสตร์สรุปว่าดาวซุปเปอร์ยักษ์แดงสว่าง บีเทลจุส(Betelgeuse) ที่ค่อยๆ เป่าชั้นบรรยากาศส่วนบนในปี 2019 สูญเสียพื้นผิวที่มองเห็นได้ส่วนหนึ่งของมันไป และสร้างการผลักมวลจากพื้นผิว(surface mass ejection; SME) ครั้งใหญ่ นี่เป็นสิ่งที่ไม่เคยพบเห็นในพฤติกรรมดาวปกติ มาก่อนเลย รายงานเผยแพร่ใน Astrophysical Journal และออนไลน์ใน arXiv.org  

     ดวงอาทิตย์ของเราเป่าชั้นบรรยากาศส่วนนอกหรือโคโรนา(corona) ที่เบาบางส่วนหนึ่งออกมาเป็นครั้งคราว ในเหตุการณ์ที่เรียกว่า การผลักมวลจากชั้นโคโรนา(coronal mass ejection; CME) แต่ SME ของบีเทลจุสผลักมวลออกมามากกว่า CME ปกติถึง 4 แสนล้านเท่า ดาวปีศาจดวงนี้ยังคงค่อยๆ ฟื้นคืนสภาพจากเหตุการณ์วิกฤติครั้งนั้น Andrea Dupree จากศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าวว่า บีเทลจุสยังคงมีพฤติกรรมที่ไม่ปกติอย่างมากจนกระทั่งถึงตอนนี้ ภายในของดาวดวงนี้ค่อนข้างครึกโครม

     การสำรวจใหม่เหล่านี้ได้ให้เงื่อนงำใหม่สู่ดาวยักษ์แดงสูญเสียมวลในช่วงบั้นปลายชีวิตของพวกมันอย่างไร เมื่อเตาหลอมนิวเคลียร์ดับลง ก่อนที่จะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา ปริมาณการสูญเสียมวลนั้นส่งผลอย่างมากต่อชะตากรรมของพวกมัน อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมของบีเทลจุสที่เจ้าอารมณ์อย่างไม่น่าเชื่อ ก็ยังไม่ใช่หลักฐานว่าดาวกำลังใกล้จะระเบิดในเร็วๆ นี้ ดังนั้น การสูญเสียมวลจึงไม่จำเป็นต้องเป็นสัญญาณของการระเบิดที่รุนแรง

     ขณะนี้ Dupree ได้ปะติดปะต่อชิ้นส่วนปริศนาทั้งหมดเกี่ยวกับพฤติกรรมเจ้าอารมณ์ของบีเทลจุสทั้งก่อน, หลังและระหว่างการปะทุ กลายเป็นเรื่องราวต่อเนื่องแสดงการกระตุกสั่นอย่างรุนแรงในดาวสูงอายุดวงหนึ่ง นี่ยังรวมถึงข้อมูลการตรวจสอบสเปคตรัมและภาพถ่ายจากหอสังเกตการณ์ต่างๆ รวมทั้งกล้องฮับเบิล ซึ่ง Dupree ชื่นชมว่าข้อมูลจากฮับเบิลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการคลี่คลายปริศนานี้

ภาพการมืดลงของบีเทลจุส ในสองช่องแรกซึ่งมองเห็นในช่วงอุลตราไวโอเลตของฮับเบิล มีก้อนพลาสมาร้อนและสว่างก้อนหนึ่งถูกผลักออกจากการลอยตัวขึ้นของเซลส์พาความร้อน(convective cell) ขนาดมหึมาบนพื้นผิวบีเทลจุส ในภาพที่สาม ก๊าซร้อนที่ถูกผลักออกมาขยายตัวและเย็นตัวลง สร้างเมฆฝุ่นก้อนใหญ่ที่บังดาว ช่องสุดท้ายเผยให้เห็นเมฆฝุ่นก้อนมหึมาที่กันแสง(เมื่อมองจากโลก) จากพื้นผิวดาวราวหนึ่งในสี่ไว้ กราฟแสงข้างล่างแสดงความสว่างจริงและที่คาดไว้ในช่วงเวลาดังกล่าว

     เราไม่เคยได้เห็นการผลักมวลขนาดมหึมาออกจากพื้นผิวดาวฤกษ์ใดๆ มาก่อนเลย เราต้องอยู่กับสิ่งที่เกิดขึ้นโดยที่ไม่เข้าใจมันอย่างถ่องแท้ นี่เป็นปรากฏการณ์ประหลาดที่ใหม่เอี่ยมที่เราสามารถใช้ฮับเบิลเพื่อสำรวจได้โดยตรงและเผยให้เห็นรายละเอียดพื้นผิวอย่างเด่นชัด เราจึงกำลังได้เห็นวิวัฒนาการดาวฤกษ์ในเวลาจริง

     การปะทุครั้งมหึมาเกิดขึ้นในปี 2019 เป็นไปได้ว่าจะเกิดขึ้นจากพวยมวลก๊าซจากการพา(convective plume) ซึ่งมีความกว้างมากกว่า 1.5 ล้านกิโลเมตร ลอยขึ้นมาจากเบื้องลึกภายในบีเทลจุส มันได้สร้างการกระแทกและการพองตัวที่สาดชิ้นส่วนของพื้นผิวที่มองเห็นได้ของดาวฤกษ์(หรือโฟโตสเฟียร์; photosphere) ออกจากดาว ทำให้ดาวมีพื้นที่พื้นผิวที่เย็นขนาดใหญ่แห่งหนึ่ง ภายใต้เมฆฝุ่นซึ่งเกิดจากชิ้นส่วนโฟโตสเฟียร์ที่เย็นตัวลงนั้นเอง ขณะนี้บีเทลจุสกำลังต่อสู้เพื่อฟื้นคืนสภาพจากการบาดเจ็บนี้

     ชิ้นส่วนโฟโตสเฟียร์ที่หลุดออกสู่อวกาศมีมวลหลายเท่าดวงจันทร์ของโลก และเย็นตัวลงก่อตัวเป็นเมฆฝุ่นที่กันแสงจากบีเทลจุสไว้เมื่อมองจากโลก การมืดลง(dimming) ซึ่งเริ่มต้นในช่วงปลายปี 2019 และคงอยู่อีกหลายเดือน สามารถสังเกตเห็นได้อย่างง่ายดายแม้กระทั่งโดยนักดูดาวสมัครเล่นก็เห็นดาวเปลี่ยนแปลงความสว่างได้ กำลังสว่าง(luminosity) ของบีเทลจุสหายไปถึงสองในสามของระดังปกติเมื่อมองจากโลก บีเทลจุสซึ่งเป็นหนึ่งในดาวที่สว่างที่สุดนั้นมองเห็นได้ง่ายที่ตำแหน่งไหล่ขวาของกลุ่มดาวนายพราน(Orion) อยู่ไกลออกไปราว 530 ปีแสงจากโลก

    และที่ยิ่งน่าทึ่งเข้าไปอีก อัตราการพองตัวราว 400 วันของซุปเปอร์ยักษ์นี้ก็พลอยหายไปด้วย บางทีอาจจะเกิดขึ้นชั่วคราว เป็นเวลาเกือบสองร้อยปีที่นักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบจังหวะการหดพองนี้ว่าเป็นหลักฐานแสดงการเปลี่ยนแปลงการแปรผันความสว่างและการเคลื่อนที่บนพื้นผิวของบีเทลจุส การหยุดลงอย่างเฉียบพลันยืนยันความรุนแรงของการปะทุ

แสงอินฟราเรดที่เปล่งออกจากฝุ่นรอบๆ บีเทลจุสในเดือนธันวาคม 2019

     เซลส์นำความร้อนจากภายในดาว ซึ่งจะผลักดันการหดพองอย่างสม่ำเสมอ อาจจะกระฉอกไปรอบๆ เหมือนกับตู้เครื่องซักผ้าที่แกว่ง Dupree กล่าว ข้อมูลสเปคตรัมบอกว่าชั้นส่วนนอกอาจจะกลับสู่สภาพปกติแล้ว แต่พื้นผิวก็ยังคงสั่นไหวระริกราวกับเป็นก้อนเจลาติน เมื่อโฟโตสเฟียร์สร้างเสริมตัวมันเองขึ้นมาอีกครั้ง

    แม้ว่าดวงอาทิตย์ของเราจะมีการผลักมวลจากชั้นโคโรนาที่เป่าชั้นบรรยากาศส่วนนอกชิ้นเล็กๆ ออกมา แต่นักดาราศาสตร์ไม่เคยได้เห็นพื้นผิวที่มองเห็นได้ขนาดใหญ่ถูกระเบิดออกสู่อวกาศเลย ดังนั้น การผลักมวลจากพื้นผิว และการผลักมวลจากชั้นโคโรนา อาจจะเป็นเหตุการณ์ที่แตกต่างกัน

     ขณะนี้ บีเทลจุสมีขนาดมหึมาจนถ้านำมันมาไว้แทนดวงอาทิตย์ที่ใจกลางระบบสุริยะของเรา พื้นผิวส่วนนอกของมันน่าจะแผ่ออกไปเลยวงโคจรของดาวพฤหัสฯ Dupree ใช้ฮับเบิลเพื่อค้นพบจุดร้อน(hot spots) บนพื้นผิวบีเทลจุสในปี 1996 นี่เป็นภาพถ่ายดาวฤกษ์นอกเหนือจากดวงอาทิตย์โดยตรงภาพแรกที่ทำ กล้องเวบบ์ของนาซาก็อาจจะสามารถตรวจจับวัสดุสารที่ผลักออกมาในช่วงอินฟราเรดได้เมื่อมันยังคงเคลื่อนที่ออกห่างจากดาวฤกษ์เรื่อยๆ

     แน่นอนว่าบีเทลจุสน่าจะตายโดยระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาอย่างน้อยก็ไม่เร็วกว่าหนึ่งแสนปีนี้ แสงจากการระเบิดจะมองเห็นได้ในเวลากลางวันบนโลก แต่ดาวก็ยังอยู่ไกลเกินกว่าจะส่งผลกระทบรุนแรงอื่นๆ ต่อดาวเคราะห์ของเรา

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble sees red supergiant star Betelgeuse slowly recovering after blowing its top
                sciencealert.com : the star Betelgeuse went a little dim in 2019. Astronomers think they know why  
                space.com : Betelgeuse is bouncing back from bizarre dimming episode