ดาวฤกษ์ทารกในพื้นที่อันตราย

 

ภาพใจกลางกาแลคซีทางช้างเผือกในช่วงอินฟราเรด

      ทีมนักวิจัยนานาชาติภายใต้การนำทีมโดย Florian Peißer จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยโคโลญน์ ได้พบดาวฤกษ์อายุน้อยมากๆ ดวงหนึ่งที่อยู่ในขั้นตอนการก่อตัวขึ้น ใกล้กับหลุมดำ คนยิงธนู เอ สตาร์(Sagittarius A*) ในใจกลางทางช้างเผือก

      ดาวฤกษ์นี้มีอายุเพียงไม่กี่หมื่นปีเท่านั้น ทำให้มันมีอายุน้อยกว่าเผ่าพันธุ์มนุษยชาติซะอีก สิ่งที่พิเศษเกี่ยวกับดาวฤกษ์ทารก X3a ก็คือ ในทางทฤษฎีแล้ว มันไม่น่าจะสามารถอยู่ใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลแห่งนี้ได้ อย่างไรก็ตาม ทีมเชื่อว่ามันก่ตอัวในเมฆฝุ่นก้อนหนึ่งที่โคจรรอบหลุมดำยักษ์ และขยับสู่วงโคจรปัจจุบันของมันเมื่อก่อตัวขึ้นแล้ว การศึกษางานนี้เผยแพร่ใน Astrophysical Journal

      ละแวกใกล้เคียงหลุมดำที่ในกลางกาแลคซีของเรา จัดได้ว่าโดยทั่วไปเป็นพื้นที่ที่มีพลวัตสูง และมีการแผ่รังสีเอกซ์พลังงานสูงและอุลตราไวโอเลตที่รุนแรง สภาวะเหล่านี้ทำหน้าที่ต่อต้านการก่อตัวของดาวอย่างดวงอาทิตย์ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงสันนิษฐานมานานแล้วว่า ตลอดหลายพันล้านปีที่ผ่านมามีแต่เพียงดาวอายุมากที่พัฒนาตัวแล้วเท่านั้นที่จะสามารถมาอยู่ในละแวกทุ่งสังหารใกล้หลุมดำได้ ผ่านปฏิสัมพันธ์แรงเสียดทานพลวัต

      อย่างไรก็ตาม ค่อนข้างน่าประหลาดใจเมื่อเพียง 20 ปีก่อนนี้เอง ที่ได้พบดาวอายุน้อยมากๆ ในละแวกประชิดกับ Sgr A* ซึ่งก็ยังคงไม่แน่ชัดว่าดาวเหล่านี้ไปอยู่ที่นั่นได้อย่างไรหรือพวกมันก่อตัวขึ้นที่ใด การปรากฏของดาวอายุน้อยมากๆ อยู่ใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลอย่างมาก จึงถูกเรียกว่า ปริทรรศน์แห่งความเยาว์วัย(paradox of youth)

ใจกลางกาแลคซีที่ระยะทางราว 3 หมื่นปีแสง ในใจกลางภาพเป็นหลุมดำมวลมหาศาล Sgr A*(มองไม่เห็น) ตำแหน่งของ Sgr A* ระบุได้จากการเคลื่อนท่ของดาว เนื่องจากเมฆฝุ่นและขนาดรอบๆ ดาวฤกษ์ทารก X3a จึงมองไม่เห็นดาวฤกษ์นี้ในภาพนี้ด้วย

      ดาวทารก X3a ซึ่งมีขนาด 10 เท่าและมวล 15 เท่าดวงอาทิตย์ น่าจะปิดช่องว่างระหว่างการก่อตัวดาว กับดาวอายุน้อยที่พบในระยะประชิดเพียง 2 ปีแสงจา Sgr A* เท่านั้น X3a ต้องการสภาวะพิเศษเพื่อก่อตัวขึ้นประชิดกับหลุมดำนี้ ดร Florian Peißer ผู้เขียนคนแรก อธิบายว่า กลับเป็นว่ามีพื้นที่แห่งหนึ่งในระยะทางไม่กี่ปีแสงจากหลุมดำ ซึ่งจะมีสภาวะพร้อมต่อการก่อตัวของดาว พื้นที่นี้ซึ่งเป็นวงแหวนก๊าซและฝุ่นมีอุณหภูมิต่ำพอและได้รับการปกป้องจากรังสีรุนแรง อุณหภูมิที่ต่ำและความหนาแน่น(ก๊าซฝุ่น) ที่สูงได้สร้างสภาพแวดล้อมที่เมฆก๊าซระดับหลายร้อยเท่ามวลดวงอาทิตย์จะก่อตัวขึ้นได้ เมฆเหล่านี้จะต้องพัฒนาเร็วมากๆ ก่อนที่จะวิ่งเข้าหาหลุมดำ เนื่องจากการชนของเมฆ-เมฆจะทำให้สูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมและจมเข้าหาหลุมดำในเวลาไม่กี่หมื่นปี

     นอกจากนี้ มีก้อนวัสดุสารร้อนจัดก่อตัวขึ้นในระยะใกล้กับดาวทารก ซึ่งหลังจากนั้นจะถูก X3a ดึงสะสมเข้าไป ก้อนเหล่านี้ยังน่าจะช่วยให้ X3a มีมวลสูงเช่นนี้ได้ตั้งแต่ต้นๆ อย่างไรก็ตาม ก้อนวัสดุสารเหล่านี้เป็นเพียงเสี้ยวหนึ่งในประวัติการก่อตัวของ X3a ซึ่งยังคงอธิบายที่มาของก้อนเหล่านี้ไม่ได้

     แต่นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าน่าจะเกิดลำดับเหตุการณ์ต่อไปนี้ เมื่อได้รับการปกป้องจากอิทธิพลและการแผ่รังสีรุนแรงจาก Sgr A* ก็จะมีเมฆที่มีความหนาแน่นสูงพอก้อนหนึ่ง ก่อตัวขึ้นในวงแหวนก๊าซฝุ่นส่วนนอกรอบๆ ใจกลางกาแลคซี เมฆนี้มีมวลราว 100 เท่าดวงอาทิตย์ และยุบตัวลงโดยตรงภายใต้แรงโน้มถ่วงเพื่อสร้างดาวฤกษ์ทารกขึ้น ในขณะเดียวกับที่ขยับเข้าหาหลุมดำด้วย  

     Peißer กล่าวเสริมว่า สิ่งที่เรียกว่า เวลาที่ใช้ตก(fall time) ใกล้เคียงกับอายุของ X3a ลำดับเหตุการณ์นี้ยังน่าจะสอดคล้องกับสถานะการพัฒนาวิวัฒนาการของ X3a ด้วย ซึ่งขณะนี้กำลังพัฒนาเพื่อเป็นดาวฤกษ์เต็มวัย

      การค้นพบเริ่มต้นจากก้อนวัสดุสารที่เรียกว่า X3 ซึ่งดึงความสนใจของนักดาราศาสตร์ ก่อนที่จะพบ X3a อยู่ภายใน การสำรวจจากเครื่องมืออินฟราเรดได้พบแสงของดาวทารกในอินฟราเรดใกล้ที่ทะลุผ่านเมฆก๊าซฝุ่นหนาที่ล้อมรอบมันอยู่ การวิเคราะห์สเปคตรัมนี้เองที่เผยให้เห็นองค์ประกอบเคมีที่สอดคล้องกับดาวฤกษ์ทารก

     Michal Zajacek จากมหาวิทยาลัยมาซาริก ในเบรอโน สาธารณรัฐเชค ผู้เขียนร่วมการศึกษานี้ กล่าวสรุป ด้วยมวลที่สูงราวสิบกว่าเท่าดวงอาทิตย์ X3a จัดเป็นดาวยักษ์ และยักษ์เหล่านี้ก็พัฒนาตัวเพื่อเป็นตัวเต็มวัยได้เร็วกว่ามาก เราโชคดีที่ได้พบดาวมวลสูงฝังตัวอยู่ในเปลือกก๊าซฝุ่นรูปร่างคล้ายดาวหาง ซึ่งช่วยให้จำแนกรายละเอียดที่บอกอายุที่น้อยได้ เช่น เปลือกก๊าซฝุ่นล้อมรอบดาวที่กำลังหมุนไปรอบๆ มัน

      อาจมีดาวขนาดเล็กกว่าในพื้นที่เดียวกันนี้ ซึ่งสลัวเกินกว่าจะสำรวจได้ เนื่องจากดาวที่มีมวลต่ำจะพัฒนาตัวช้ากว่ามาก พวกมันก็อาจจะไปไม่ถึงช่วงเต็มวัยก่อนที่จะถูกหลุมดำกลืนไป  

การค้นหาระบบ X3 ช่องสีเขียวอ่อนทางซ้ายแสดงภาพ K- และ L-band ซ้อนกันโดยสีฟ้าแสดงฝุ่นของคลื่นกระแทกรูปโบว์ และสีแดงเกี่ยวข้องกับการแผ่ความร้อน X3a ระบุโดย YSO ส่วน X3b, X3c เป็นก้อนความร้อน ยังระบุตำแหน่งดาวที่ใกล้ที่สุดและสว่างที่สุดสามดวง S3-373, S3-374 และ S3-375 กล่องทางขวาแสดงการเปล่งคลื่นจาก CO ที่ 343 Hz ภาพพื้นหลังสำรวจโดย NACO ในช่วงอินฟราเรดกลาง(L band, 3.8 ไมครอน) พร้อมระบุกระจุกดาวที่โดดเด่น IRS 16 IRS 13 และดาวอื่นๆ 

     ในกาแลคซีแห่งอื่น ก็พบวงแหวนฝุ่นและก๊าซลักษณะคล้ายๆ กันนี้ซึ่งก็ใช้กลไกเดียวกันเพื่ออธิบายได้เช่นกัน กาแลคซีหลายๆ แห่งมีดาวอายุน้อยมากๆ ในพื้นที่ใจกลาง มีการวางแผนการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์(JWST) หรือ กล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(ELT) ในชิลีซึ่งจะเผยว่า X3a เป็นพวกตัวประหลาด หรือเป็นตัวแทนของดาวอายุน้อยมากที่เผอิญก่อตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายมากรอบหลุมดำ และเพื่อทดสอบแบบจำลองการก่อตัวดาวนี้ในทางช้างเผือก และในกาแลคซีอื่นๆ

แหล่งข่าว spaceref.com - baby star near the black hole in the middle of our Milky Way: it exists after all  
               iflscience.com – a giant baby star is forming in the galaxy’s most dangerous location
               sciencealert.com – somehow, a star is being born in the extremes around our galaxy’s black hole