ดาวมวลสูงกลุ่มใหญ่ที่วิ่งหนีจากทางช้างเผือก

 

     ทางช้างเผือกไม่สามารถรักษาดาวฤกษ์ทั้งหมดของมันไว้ได้ บางส่วนก็ถูกผลักออกสู่ห้วงอวกาศนอกกาแลคซี และใช้ชีวิตในเส้นทางที่ไม่แน่นอน ทีมนักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบดาวมวลสูงที่สุดในกลุ่มดาววิ่งหนี(runaway stars) เหล่านี้เพื่อดูว่าพวกเขาจะทราบได้หรือไม่ว่าพวกมันถูกผลักออกมาได้อย่างไร

     เมื่อนักดาราศาสตร์สำรวจผืนดาวแห่งหนึ่งในทางช้างเผือก สิ่งหนึ่งที่ตรวจสอบก็คือ การกระจายความเร็ว(velocity distribution) การกระจายความเร็วโดยรวมของกลุ่มประชากรดาว จะสะท้อนถึงการหมุนรอบตัวของกาแลคซี และเมื่อมีดาวสักดวงที่ไม่ได้สอดประสานกับการหมุนรอบตัวของกาแลคซี ก็ดึงดูดความสนใจของนักดาราศาสตร์

     ทีมนักดาราศาสตร์ที่ทำงานกับบัญชีรายชื่อดาวมวลสูง 2 กลุ่มได้พบดาวชุดใหม่เอี่ยมที่กำลังเคลื่อนที่แตกต่างจากทางช้างเผือก พวกมันเป็นดาววิ่งหนีที่กำลังเดินทางออกจากกาแลคซี การค้นพบเผยแพร่เป็นรายงานชื่อเรื่อง Galactic runaway O and Be stars found using Gaia DR3 ในวารสาร Astronomy & Astrophysics ผู้เขียนนำคือ Mar Carretero Castrillo นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่แผนกควอนตัมฟิสิกส์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์ สถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศ มหาวิทยาลัยบาร์เซโลนา

     Castrillo และเพื่อนร่วมงานของเธอทำการวิจัยกับบัญชีรายชื่อดาว 2 กลุ่ม คือ Galactic O-Star Catalog(GOSC) และ Be Star Spectra(BeSS) ซึ่งต่างก็เป็นบัญชีรายชื่อดาวมวลสูงแต่ต่างชนิดกัน คือ เป็นดาวชนิดโอและบีอี และกลุ่มย่อยของพวกมัน นักวิจัยยังใช้ข้อมูลจากไกอา(Gaia) ซึ่งเป็นปฏิบัติการที่ตรวจสอบดาว โดยใช้วิธี astrometry ตรวจสอบตำแหน่ง, ระยะทาง และการเคลื่อนที่ของดาวราวหนึ่งพันล้านดวง   

Zeta Ophiuchi ดาววิ่งหนีดวงหนึ่งที่สำรวจโดยกล้องสปิตเซอร์ ดาวกำลังสร้างคลื่นกระแทกรูปโบว์(bow shock) เมื่อมันเดินทางผ่านเมฆฝุ่นในห้วงอวกาศ การศึกษาใหม่ได้พบดาววิ่งหนีใหม่ๆ หลายสิบดวงในทางช้างเผือก

     ปฏิบัติการไกอากำลังเปลี่ยนแปลงแขนงดาราศาสตร์โดยใช้ข้อมูลที่เที่ยงตรงจำนวนมาก ซึ่งนักวิจัยคนอื่นๆ สามารถใช้เพื่องานวิจัยของตนเองได้ รายงานนี้จึงมีพื้นฐานจากการรวมข้อมูลของไกอา กับข้อมูลจากบัญชีทั้งสอง

     ไม่มีใครเคยทราบว่ามีดาววิ่งหนีกำลังเดินทางออกจากกาแลคซีของเรามากแค่ไหน แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังคงพบดาวเหล่านี้เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ บางคนประเมินว่ามีดาววิ่งหนีราว 10 ล้านดวงที่หนีออกจากทางช้างเผือก แต่เราก็ยังคงไม่ทราบอย่างแน่ชัด อาจจะต้องขึ้นอยู่กับกลไกที่ผลักพวกมันออกมา และสิ่งนั้นเองก็เป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยังคงไม่เข้าใจดีนัก การศึกษานี้จึงมุ่งเป้าไปที่การแง้มความลับของดาววิ่งหนีโดยพิจารณาเฉพาะดาวมวลสูง

     ผู้เขียนอธิบายว่า มีดาวฤกษ์มวลสูงในสัดส่วนพอสมควรที่เป็นดาววิ่งหนี ดาวเหล่านี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แปลกประหลาดพอสมควรเมื่อเทียบกับสภาพแวดล้อมของมัน พวกเขาจึงเริ่มค้นหาและแจกแจงคุณลักษณะของดาววิ่งหนีมวลสูงในบัญชีทั้งสอง โดยตรวจสอบกับข้อมูลจากไกอา ดาวมวลสูงโอบีเป็นดาวที่สว่างที่สุดในทางช้างเผือก พวกเขาอธิบาย ดาวโอบีไม่เพียงแต่มีมวลสูงและอายุน้อย พวกมันยังร้อนจัดมาก มักจะก่อตัวในกลุ่มที่ยึดจับกันเองอย่างหลวมๆ ซึ่งเรียกว่า OB associations

     เนื่องจากพวกมันมีอายุน้อยและร้อน จึงคงอยู่ไม่นาน จึงมีความสำคัญในทางดาราศาสตร์เนื่องจากมีมวลสูงมาก และยังเพราะดาวเหล่านี้ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา จึงเป็นเหตุผลที่ต้องมีบัญชีรายชื่อพิเศษที่อุทิศให้กับพวกมัน

     ทีมตรวจสอบข้อมูลไกอากับบัญชี GOSC และ BeSS และได้พบดาวชนิดโอ 417 ดวง และชนิดบีอี 1335 ดวงที่พบทั้งในไกอาและบัญชีรายชื่อ ในกลุ่มดังกล่าว พวกเขาพบดาววิ่งหนีชนิดโอ 106 ดวง ซึ่งคิดเป็น 25.4% ของดาวใน GOSC มี 42 ดวงที่เพิ่งจำแนกได้ใหม่ และยังพบดาววิ่งหนีชนิดบีอี 69 ดวง ซึ่งคิดเป็น 6.9% ของดาวในบัญชีดาวกลุ่มบีอีด้วย มี 47 ดวงที่เพิ่งจำแนกได้ใหม่ และโดยรวมแล้ว ดาวชนิดโอเคลื่อนที่เร็วกว่าดาวชนิดบีอี

ภาพจากกล้องเวบบ์แสดงเนบิวลาทารันทูลา(Tarantula nebula) ซึ่งมีกระจุกดาวอายุน้อย R136 อยู่ในใจกลาง R136 มีดาวมวลสูงที่สุดเท่าที่เคยพบมาอยู่หลายดวง พื้นที่ที่แออัดเต็มไปด้วยดาวมวลสูงอายุน้อย เป็นสภาพแวดล้อมแบบที่อาจนำไปสู่การผลักทางพลวัต สร้างดาววิ่งหนีได้

     เพราะเหตุใด จึงพบดาวมวลสูงเป็นสัดส่วนที่สูงในดาววิ่งหนี มีทฤษฎีคู่แข่ง 2 งานที่พยายามอธิบายดาววิ่งหนี และทั้งสองงานก็เกี่ยวข้องกับดาวมวลสูงเช่นกัน อันแรกเป็นลำดับเหตุการณ์การผลักทางพลวัต(Dynamical Ejection Scenarios; DES) และอีกอันเป็นลำดับเหตุการณ์ซุปเปอร์โนวาในระบบคู่(Binary Supernova scenarios; BSS)

    ดาวชนิดโอบีมักจะก่อตัวเป็นคู่ ใน BSS ดาวดวงหนึ่งระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา และการระเบิดได้ผลักดาวอีกดวงในคู่ออกมา ถ้าลำดับเหตุการณ์นี้ถูกต้อง ดาวที่เหลืออยู่ก็ได้รับพลังงานเพียงพอในทิศทางที่ใช่ เพื่อหนีออกจากแรงยึดเกาะของดาวคู่หูซึ่งระเบิดกลายเป็นดาวนิวตรอน หรือไม่ก็หลุมดำ มันยังหลุดจากแรงโน้มถ่วงของทางช้างเผือกด้วย ถ้าเกิดขึ้นได้จริง ก็จะเริ่มเดินทางไกลออกสู่ห้วงอวกาศนอกกาแลคซี

     สำหรับ DES ไม่มีการระเบิดรุนแรงกลายเป็นซุปเปอร์โนวาแต่อย่างใด แต่ ดาวจะอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กอย่างแออัด ได้พบกับปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับดาวอื่น การผ่านเข้าใกล้ระหว่างดาวฤกษ์เดี่ยวกับดาวในระบบคู่ อาจจะสร้างดาววิ่งหนีออกมา เช่นเดียวกับระบบคู่สองแห่งด้วย ในสภาพแวดล้อมของ OB associations นั้นเป็นสภาพแวดล้อมที่อยู่กันอย่างแออัดจนสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดดาววิ่งหนีได้ เนื่องจากดาวเกือบทั้งหมดเป็นดาวมวลสูง ดาววิ่งหนีก็จึงมวลสูงด้วย

     นักวิทยาศาสตร์สนใจในลำดับเหตุการณ์ทั้งสองและโต้แย้งกันมานานหลายสิบปี ลำดับเหตุการณ์ทั้งสองสร้างดาวที่มีความเร็วมากพอที่จะหนีออกจากกาแลคซี ในการศึกษาตัวอย่างดาววิ่งหนี 175 ดวง นักวิจัยพบว่าข้อมูลโน้มเอียงไปทางลำดับเหตุการณ์อันหนึ่ง มากกว่าอีกอัน สัดส่วนของดาววิ่งหนีชนิดโอที่มีมากกว่า และมีความเร็วสูงกว่า เมื่อเทียบกับดาวชนิดบีอี ได้เน้นไปถึงการผลักทางพลวัตว่าน่าจะเป็นไปได้ ได้มากกว่าซุปเปอร์โนวาในระบบคู่ พวกเขาเขียนไว้ในรายงาน

ภาพจากศิลปินแสดงดาวที่ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาในระบบดาวคู่ และส่งแรงผลักรุนแรงต่อดาวคู่หูของมัน ถ้าสภาวะเหมาะสม ดาวคู่หูก็อาจถูกผลักออกจากกาแลคซีกลายเป็นดาววิ่งหนี(runaway star)

     สัดส่วนของดาวมวลสูงแต่ละชนิดสเปคตรัมที่เป็นดาววิ่งหนี ได้ช่วยอธิบายข้อสรุปนี้ โดยตัวอย่างดาวกลุ่มโอ มี 25% ที่วิ่งหนี เทียบกับ 5% ในกลุ่มของดาวบีอี การศึกษางานอื่นได้ตัวเลขที่แตกต่างออกไป แต่ผู้เขียนได้ชี้ว่า ก็ยังสอดคล้องในแง่ที่ว่าสัดส่วนของดาววิ่งหนีชนิดโอ มีสูงกว่าชนิดบีหรือบีอีอย่างมาก

     งานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงว่าดาววิ่งหนีชนิดโอ มีความเร็วสูงกว่าชนิดบี หรือบีอี งานวิจัยยังแสดงว่าการผลักทางพลวัตมักจะเป็นเหตุให้เกิดดาววิ่งหนีที่เร็วกว่า มีมวลสูงกว่า แบบซุปเปอร์โนวาในระบบคู่  

     ดาว GOSC-Gaia DR3 มีความเร็วสูงกว่าดาว BeSS-Gaia DR3 ผู้เขียนอธิบาย ซึ่งเป็นไปในทางเดียวกันกับงานวิจัยก่อนหน้านี้ นี่ตอกย้ำความเหนือของลำดับเหตุการณ์ DES เมื่อเทียบกับ BSS พวกเขาสรุปไว้   

แหล่งข่าว sciencealert.com : dozens of massive “runaway” stars found fleeing the Milky Way
                phys.org : astronomers find dozens of massive stars fleeing the Milky Way