supermassive stars
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์
ได้ช่วยนักดาราศาสตร์ในการตรวจจับร่องรอยทางเคมีของดาวฤกษ์มวลมหาศาล(supermassive
stars) ซึ่งเป็นดาวยักษ์ใหญ่มโหฬารซึ่งสาดแสงด้วยความสว่างหลายล้านเท่าดวงอาทิตย์
ในเอกภพยุคต้น
โดยรวมแล้ว
ดาวที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เราเคยสำรวจพบมามีมวลที่ราว 300 เท่าดวงอาทิตย์
แต่ดาวมวลมหาศาลที่อธิบายในการศึกษาใหม่นี้ มีมวลราว 5000 ถึง 10000 เท่าดวงอาทิตย์ ทีมนักวิจัยยุโรปที่อยู่เบื้องหลังงานศึกษานี้เคยตั้งทฤษฎีถึงการมีอยู่ของดาวมวลมหาศาลมาก่อนในปี
2018 ในความพยายามเพื่ออธิบายหนึ่งในปริศนาใหญ่ที่สุดข้อหนึ่งในทางดาราศาสตร์
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักดาราศาสตร์ต้องงงงันกับองค์ประกอบดาวต่างๆ
ที่มีความหลากหลายอย่างรุนแรง ซึ่งแออัดอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า กระจุกดาวทรงกลม(globular
clusters) กระจุกดาวชนิดนี้
ซึ่งเกือบทั้งหมดมีอายุเก่าแก่อย่างมาก
อาจมีดาวได้มากถึงหลายล้านดวงแออัดอยู่ในพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็กเพียงสิบกว่าจนถึงราวหนึ่งร้อยปีแสง
ความก้าวหน้าทางดาราศาสตร์ได้เพิ่มจำนวนกระจุกทรงกลม
ซึ่งคิดกันว่าเป็นส่วนเชื่อมโยงที่หายไประหว่างดาวฤกษ์ดวงแรกๆ
สุดและกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดในเอกภพ ทางช้างเผือกของเรามีดาวมากกว่า 1 แสนล้านดวง ก็มีกระจุกทรงกลมราว 180 แห่ง แต่ก็ยังมีคำถามอยู่ว่า เพราะเหตุใด
ดาวในกระจุกเหล่านี้จึงมีองค์ประกอบเคมีที่แตกต่างกันอย่างไร ยกตัวอย่างเช่น
สัดส่วนของออกซิเจน, ไนโตรเจน, โซเดียม และอลูมินัมนั้นก็แตกต่างกันในดาวแต่ละดวง
แม้ว่าทั้งหมดน่าจะก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกัน จากเมฆก๊าซก้อนเดียวกัน(ซึ่งนักดาราศาสตร์เรียกว่า
abundance anomalies)
ดาวหลายดวงมีธาตุที่ต้องใช้ความร้อนมหาศาลเพื่อผลิตขึ้นมาอย่างเช่น
อลูมินัมซึ่งต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 70 ล้านองศาเซลเซียส
ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิในใจกลางดาวอย่างมาก สำหรับดาวที่ใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์
มีอุณหภูมิเพียงราว 15 ถึง 20 ล้านองศาเซลเซียสเท่านั้น ดังนั้น นักวิจัยจึงพยายามหาคำตอบที่เป็นไปได้
โดยเสนอว่า มีดาวฤกษ์มวลมหาศาลที่ปล่อย “มลพิษสารเคมี” ออกมา
ทีมจากมหาวิทยาลัยเจนีวา,
มหาวิทยาลัยบาร์เซโลนา และสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งปารีส(CNRS) ตั้งทฤษฎีว่าดาวดวงมหึมาเหล่านี้ก่อตัวขึ้นจากการชนอย่างเป็นลำดับขั้นในกระจุกทรงกลมที่มีดาวอยู่กันอย่างแออัด
Corinne Charbonnel นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเจนีวา
และผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ กล่าวว่า
เมล็ดพันธุ์ดาวแบบนี้น่าจะกลืนดาวเข้าไปมากขึ้นเรื่อยๆ อย่างกู่ไม่กลับ จนสุดท้าย
ก็จะกลายเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดมหึมา ซึ่งกลืนวัตถุดิบอย่างต่อเนื่อง
และจะพ่นสารออกมาจำนวนมาก
สิ่งที่เรียกว่า
สารปนเปื้อนนี้ก็จะไปรวมอยู่ในดาวฤกษ์อายุน้อยที่กำลังก่อตัว
ทำให้พวกมันมีองค์ประกอบทางเคมีที่หลากหลายมากขึ้น
เมื่อพวกมันอยู่ใกล้กับดาวมหึมานี้มาก เธอกล่าว แต่ทีมยังคงต้องการการสำรวจเพื่อสนับสนุนทฤษฎีนี้
จนสุดท้าย ก็พบร่องรอยในกาแลคซี GN-z11 ซึ่งอยู่ห่างออกไปมากกว่า
13 พันล้านปีแสง
โดยแสงที่เราได้เห็นมาจากเมื่อ 440 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น
กาแลคซีแห่งนี้ถูกพบโดยกล้องฮับเบิลในปี 2015
และก็ยังยึดครองสถิติกาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยสำรวจมาจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้
จึงทำให้มันเป็นเป้าหมายต้นๆ สำหรับผู้สืบทอดของกล้องฮับเบิลอย่างกล้องเจมส์เวบบ์
เวบบ์ได้เผยให้เห็นเงื่อนงำสองอย่าง คือ ดาวที่อยู่กันอย่างหนาแน่นมากจนไม่น่าเชื่อ
และที่สำคัญที่สุดก็คือ
การมีไนโตรเจนอยู่จำนวนมาก(มากว่าอัตราส่วนที่พบในดวงอาทิตย์ 4 เท่า)
ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิและความดันที่สูงสุดขั้วเพื่อสร้างไนโตรเจนขึ้นมาจนนักวิจัยเชื่อว่าจะเป็นไปได้ที่จะถูกสร้างโดยดาวมวลมหาศาลเท่านั้น
แม้ไนโตรเจนจะถูกสร้างผ่านลมดวงดาวได้ แต่เนื่องจาก GN-z11 ไม่ได้แสดงสัญญาณออกซิเจนที่มากมาย
จึงน่าจะมาจากการหลอมในดาวมวลมหาศาล
เมื่อมีดาวอยู่หนาแน่นมากและมีไนโตรเจนในสัดส่วนที่สูงมาก
ก็น่าจะมีกระจุกดาวทรงกลมหลายแห่งที่กำลังก่อตัวในกาแลคซี GN-z11 และก็น่าจะยังมีดาวมวลมหาศาลมีชีวิตอยู่
กระจุกดาวทรงกลมนั้นมีอายุเก่าแก่ระหว่าง 1
ถึง 1.3 หมื่นล้านปี
ในขณะที่ดาวมวลมหาศาลน่าจะมีอายุมากที่สุดได้แค่ 2 ล้านปีเท่านั้น
พวกมันจึงหายไปจากกระจุกที่ถูกสำรวจ ตั้งแต่ช่วงต้นๆ สุด
จึงพบแค่ร่องรอยโดยอ้อมเท่านั้น Mark Gieles ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยบาร์เซโลนา
กล่าวในแถลงการณ์
การมีไนโตรเจนจำนวนมากสามารถอธิบายได้แค่การสันดาปของไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงสุดขั้วเท่านั้น
ซึ่งก็มีแต่เพียงในแกนกลางของดาวมวลมหาศาลที่จะสูงถึง ตามที่แสดงในแบบจำลองจาก Laura
Ramirez-Galeano นักศึกษาปริญญาโทในทีมของทีม
Charbonnet อธิบาย
ทีมได้จำลองวิวัฒนาการของดาวมวลมหาศาลที่ 1000,
10000, 50,000 และ 100,000
เท่ามวลดวงอาทิตย์ขึ้นมา
โดยดาวมหึมาแต่ละดวงเริ่มด้วยโลหะ(metal; นักดาราศาสตร์ใช้เรียกธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม)
ประมาณ 1/10 ของที่มีในดวงอาทิตย์
ซึ่งเป็นตัวแทนสภาวะในช่วงไม่กี่ร้อยล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบง
แบบจำลองเสมือนจริงได้พบกลศาสตร์ของไหล, ปฏิกิริยานิวเคลียร์
และสัมพัทธภาพทั่วไปเพื่อตามรอยดาวเมื่อมันพัฒนาไป
มวลที่แตกต่างกันอย่างมากของดาวจำลอง
เป็นผลให้เกิดสิ่งที่ได้มาแตกต่างกันอย่างมาก สำหรับดาวมวล 1 แสนเท่าจะระเบิด ส่วนดาวมวล 5 หมื่นเท่าจะยุบตัวก่อนที่จะสิ้นสุดช่วงวิถีหลัก(main
sequence; สถานะที่ดาวหลอมไฮโดรเจนในแกนกลาง)
ในขณะที่ดาวมวลเบากว่าอีกสองชนิดที่เหลือจะพัฒนาจนหลุดช่วงวิถีหลัก
ต้องขอบคุณข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องเจมส์เวบบ์
เราเชื่อว่าเราได้พบร่องรอยแรกที่แสดงการมีอยู่ของดาวพิเศษสุดๆ เหล่านี้ Charbonnel
กล่าวในแถลงการณ์
และยังเรียกดาวเหล่านี้ว่า ปีศาจในอวกาศ ทฤษฎีก่อนหน้านี้ของทีมก็เหมือนกับ
การหาร่องรอยของดาวมวลมหาศาล การค้นพบนี้ก็เหมือนกับการเจอกระดูก เธอกล่าว
เราก็สงสัยเกี่ยวกับหัวของปีศาจตัวนี้
แต่ก็มีความหวังเพียงน้อยนิดที่จะได้สำรวจปีศาจตนนี้โดยตรง แต่ก็น่าจะเผยร่องรอยเพิ่มเติมของดาวมวลมหาศาลที่เคยอยู่ในกระจุกทรงกลมอื่นๆ
ที่ก่อตัวในกาแลคซีที่ห่างไกล การศึกษานี้เผยแพร่ในวารสาร Astronomy &
Astrophysics
แหล่งข่าว phys.org
: Webb telescope spots signs of universe’s biggest stars
phys.org : possible first
evidence for supermassive stars at the origin of globular clusters
sciencealert.com : signs
of monster stars 10000 times our Sun’s mass found at the dawn of time
skyandtelescope.com :
could supermassive stars explain how this galaxy got its nitrogen?
No comments:
Post a Comment