เดียวดายในใจกลางทางช้างเผือก

 

ภาพอินฟราเรดแสดงพื้นที่รอบหลุมดำทางช้างเผือก Sgr A* จะพบดาวฤกษ์ร้อนอายุน้อยเพ่นพล่านเฉียดหลุมดำยักษ์นี้อยู่มากมายซึ่งไม่สามารถอธิบายกำเนิดของพวกมันได้ 

     งานศึกษาใหม่บอกว่า ดาวฤกษ์ที่พบอยู่ใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางทางช้างเผือกมากที่สุด กลับอยู่อย่างโดดเดี่ยวไม่มีดาวเพื่อนบ้านเลย

      ด้วยการใช้หอสังเกตการณ์เคกบนเมานาคี ฮาวาย Devin Chu จากไฮโล นักดาราศาสตร์จาก UCLA Galactic Center Orbits Initiative ได้นำการสำรวจที่กินเวลา 10 ปีและพบว่า ดาวฤกษ์เอส(S-stars; S มาจาก Sagittarius A*หลุมดำยักษ์ในใจกลางทางช้างเผือก) เหล่านี้ซึ่งเป็นดาวที่อยู่ใกล้กับหลุมดำอย่างมากทั้งหมดล้วนเป็นดาวเดี่ยว

     ผลสรุปนี้สร้างความประหลาดใจแม้ว่าดาวเอสที่ทีมของ Chu สำรวจจะรวมถึงดาววิถีหลักมวลสูงอายุน้อยเพียง 6 ล้านปีเท่านั้น โดยปกติแล้ว ดาวมวล 10 เท่าดวงอาทิตย์ที่มีอายุระดับนี้ จะใช้เวลาช่วงวัยเด็กอยู่กับคู่แฝดในระบบดาวคู่(binary) หรือบางทีก็อาจเป็นแฝดสาม

      การค้นพบนี้จึงบอกถึงสภาพแวดล้อมรอบใจกลางกาแลคซีที่น่าสนใจอย่างไม่น่าเชื่อ Chu กล่าว เขาเป็นผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน The Astrophysical Journal นี่น่าจะเป็นเพราะอิทธิพลอันทรงพลังของหลุมดำมวลมหาศาลที่ทำให้ระบบดาวคู่อาจจะควบรวมกัน หรือถูกรบกวนจนดาวข้างเคียงในคู่ถูกผลักหลุดจากพื้นที่นี้ไป นี่อาจจะอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใด เราจึงไม่เห็นดาวที่มีคู่หู อยู่ใกล้กับ Sagittarius A* เลยสักดวง

     การสำรวจที่นานเป็นทศวรรษนี้เป็นการสำรวจระบบคู่ภายในกระจุกดาวเอสอย่างเป็นระบบเป็นครั้งแรก ด้วยการใช้ระบบปรับกระจกของกล้องเคก คู่กับสเปคโตรกราฟ OSIRIS ทีมก็ตามรอยการเคลื่อนที่ของดาวเอส 28 ดวงที่โคจรในระยะทาง 1 เดือนแสง(light-month; ราว 7.77 แสนล้านกิโลเมตร) จาก Sgr A* โดยมี 16 ดวงในจำนวนนี้ที่เป็นดาววิถีหลักสเปคตรัมชนิดบี(B-type) อายุน้อย และที่เหลือก็เป็นดาวมวลต่ำ ชนิดเอ็ม(หรือแคระแดง) อายุมากและดาวยักษ์ชนิดเค

แผนที่ดาวในละแวกใกล้กับ Sagittarius A* หลุมดำมวลมหาศาลของทางช้างเผือก วงกลมสีฟ้าเป็นดาวร้อนอายุน้อย สี่เหลี่ยมสีส้มเป็นดาวอายุมากที่เย็นกว่า

     ระบบปรับกระจกของเคกกับ OSIRIS มีความสำคัญอย่างยิ่งโดยให้สายตาอินฟราเรดที่เราต้องการเพื่อเจาะทะลุผ่านฝุ่นที่ใจกลางกาแลคซี เช่นเดียวกับการแยกแยะดาวเอสแต่ละดวงในพื้นที่ที่แออัดอย่างนี้แห่งนี้ Chu กล่าว ไม่เพียงแต่พวกเขาพบว่าดาวเอสอยู่แบบโดดเดี่ยว นักวิจัยยังสามารถคำนวณขีดจำกัดที่ดาวเอสเหล่านี้จะปรากฏเป็นระบบคู่ได้ ซึ่งเป็นตัวแปรที่เรียกว่า สัดส่วนระบบคู่(binary fraction)

      พวกเขาพบว่าขีดจำกัดสัดส่วนระบบคู่ของดาวเอสอายุน้อยอยู่ที่ 47% ซึ่งหมายความว่า สำหรับดาวเอสทุกๆ 100 ดวง จะมีมากที่สุด 47 ดวงที่อาจจะอยู่ในระบบดาวคู่ ขีดจำกัดนี้ต่ำกว่าที่คาดไว้สำหรับดาวอายุน้อยชนิดใกล้เคียงกันในละแวกอื่นในกาแลคซีทางช้างเผือก ซึ่งมีสัดส่วนระบบคู่อยู่ที่ 70%

      การค้นพบจึงบอกว่าดาวที่มีดาวข้างเคียงยากจะอยู่ด้วยกันได้ในสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วรอบหลุมดำมวลมหาศาลของทางช้างเผือก การค้นพบยังเพิ่มความน่าฉงนให้กับธรรมชาติดาวเอสมากขึ้นไปอีก ซึ่งก็มีปริศนาการกำเนิดอยู่แล้ว ความต่างของแรงโน้มถ่วงหลุมดำมักจะรบกวนการก่อตัวดาวในรูปแบบปกติ เพิ่มคำถามว่าดาวเอสพัฒนาขึ้นในสภาพความปั่นป่วนรุนแรงที่ Sgr A* สร้างขึ้นได้อย่างไร

การสำรวจจาก VLTI แสดงการเคลือนที่ของดาวบางส่วนที่อยู่ใกล้หลุมดำทางช้างเผือกมากที่สุด

      แต่ต้องยอมรับสิ่งหนึ่งว่ากลุ่มตัวอย่างของ Chu ซึ่งมีดาวเพียง 28 ดวงยังน้อยเกินไป อย่างไรก็ตาม มีความจริงประการหนึ่งว่า ไม่มีดาวในกลุ่มตัวอย่างศึกษาเลยสักดวงที่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วแนวสายตา(radial velocity) ซึ่งบอกถึงดาวข้างเคียง ทำให้ตัวเลข 47% ที่ได้เป็นตัวเลขขั้นสูง ไม่ใช่ขั้นต่ำ นอกจากนี้เป็นไปได้ที่ดาวที่อายุมากกว่าในกลุ่มตัวอย่างของ Chu อาจจะอพยพเข้าใกล้จากสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยกว่า แต่ดาวที่อายุน้อยไม่น่ามีเวลาเดินทางได้ไกลมากนัก อย่างไรก็ตาม กระจุกดาวเอสที่มีอยู่นี้ก็เป็นเรื่องที่ถกเถียงกันมากว่าสามสิบปีแล้ว  

       ผมรู้สึกเป็นเกียรติมากที่ได้โอกาสในการศึกษาดาวที่น่าฉงนและน่าทึ่งเหล่านี้จากเกาะบ้านเกิดของผม Chu กล่าว ข้อมูลบางส่วนที่ใช้ในการสำรวจนี้ก็ได้มาตอนผมยังเป็นนักเรียนมัธยมไฮโลอยู่เลย จึงรู้สึกได้รางวัลชิ้นใหญ่ที่ได้ทำการค้นพบนี้ในขณะที่กลับบ้านเก่า

แหล่งข่าว phys.org : a strange, solitary life for young stars at the Milky Way’s center
                iflscience.com : why even hot stars are lonely near the galactic center