ดาวสิงห์เฒ่าอมควัน และดาวฤกษ์ทารกปะทุแสง

 

ภาพจากศิลปินแสดงเมฆควันและฝุ่นที่ดาวยักษ์แดงอายุมากดวงหนึ่งสาดออกมา จะเห็นว่าด้านซ้ายของดาวยังคงสว่างแต่ถ้ามองจากทางด้านขวามันแทบจะมองไม่เห็น

     มีการค้นพบดาวชนิดใหม่ ทั้ง ดาวสิงห์เฒ่าอมควัน และดาวฤกษ์ทารกที่ปะทุได้ ในทางช้างเผือก งานวิจัยนี้ใช้กล้องโทรทรรศน์ชั้นสูง ท้าทายทฤษฎีที่มีเกี่ยวกับวัฎจักรชีวิตของดาวและการกระจายธาตุในอวกาศ

     การศึกษาดาวฤกษ์เกือบหนึ่งพันล้านดวงในช่วงอินฟราเรด ได้เผยให้เห็นหลายดวงที่เรามองไม่เห็นในช่วงความยาวคลื่นอื่น ซึ่งรวมถึงวัตถุที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วชนิดใหม่ หนึ่งในวัตถุเหล่านี้ เรียกว่า สิงห์เฒ่าอมควัน(old smokers) ซึ่งเป็นดาวยักษ์แดงอายุมากที่อาจจะปล่อยกลุ่มเมฆวัสดุสารสีมืดออกมาอย่างฉับพลัน ซึ่งปิดกั้นแสงไว้ได้

     ในพื้นที่ใจกลางกาแลคซีของเรามีฝุ่นบดบังสายตาไว้ แต่จะรบกวนน้อยกว่าเมื่อสำรวจในช่วงอินฟราเรด อย่างไรก็ตาม ชั้นบรรยากาศของโลกกลับส่งผลกระทบในการกันแสงอินฟราเรดไว้ จึงเป็นเหตุผลที่เราต้องพึ่งพากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ แต่กระนั้น การสำรวจจาก VISTA(Visible and Infrared Survey Telescope) ในชิลีซึ่งตั้งอยู่สูงเหนือชั้นบรรยากาศที่ปั่นป่วน ช่วยให้เราสามารถศึกษาแกนกลางกาแลคซีในช่วงอินฟราเรดใกล้ได้

      ทีมนานาชาติทีมหนึ่งได้ขุดข้อมูล VVV(VISTA Variables in the Via Lactea) เพื่อหาดาวที่มีการเปลี่ยนแปลงความสว่างอย่างสุดโต่ง โดยเลือกกลุ่มที่เปลี่ยนแปลงรุนแรงที่สุด 222 ดวง ซึ่งรวมถึงบางส่วนที่เกิดจากเหตุการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงแบบจุลภาค(microlensing) ซึ่งขยายแสงอย่างฉับพลัน Philip Lucas ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเฮิร์ตฟอร์ดเชียร์ เขียนในแถลงการณ์ว่า มีดาวราวสองในสามที่จำแนกเป็นชนิดที่รู้จักกันดีได้อย่างง่ายดาย ส่วนที่เหลือก็ยากขึ้น จนเราต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) เพื่อเก็บสเปคตรัมของดาวในกลุ่มที่เหลือนี้ทีละดวง

ภาพอินฟราเรดแสดงดาวยักษ์แดงดวงหนึ่งซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 3 หมื่นปีแสงใกล้กับใจกลางทางช้างเผือก ซึ่งหายไปและปรากฏตัวขึ้นใหม่หลังจากนั้นหลายปี

     ทีมกำลังเสาะหาดาวฤกษ์ทารก(protostars) ในกระบวนการที่กำลังจะเริ่มหลอมนิวเคลียส(nuclear fusion) ซึ่งทราบกันดีว่า จะมีการปะทุที่รุนแรงนานหลายเดือนจนถึงหลายสิบปี Zhen Guo ซึ่งเคยอยู่ที่มหาวิทยาลัยเฮิร์ตฟอร์ดเชียร์ และปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่ง วัลปาไรโซ ในชิลี ผู้นำการศึกษาสเปคตรัม กล่าวว่า การปะทุเหล่านี้เกิดขึ้นในดิสก์วัสดุสารที่หมุนอย่างช้าๆ ซึ่งกำลังก่อตัวระบบสุริยะแห่งใหม่ ซึ่งจะช่วยให้ดาวฤกษ์ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ที่ใจกลางระบบ เร่งการเจริญเติบโต แต่ก็ทำให้ดาวเคราะห์ก่อตัวได้ยากขึ้นด้วยเช่นกัน เรายังไม่เข้าใจเพราะเหตุใดดิสก์จึงไร้เสถียรภาพได้ขนาดนี้

      งานวิจัยก็ให้ผลเก็บเกี่ยวออกมา โดยพบดาวฤกษ์ทารกที่เกิดการปะทุ(erupting protostars) 32 ดวงที่มีความสว่างเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ถึง 40 เท่าหรือมากกว่านั้นในช่วงเก้าปีครึ่งที่ทำการสำรวจ บางส่วนก็สว่างขึ้นถึง 300 เท่า โดยการประมวลข้อมูลอย่างรวดเร็ว ทีมจึงให้ความสนใจเพิ่มเติมไปสู่ดาวที่ปะทุในจุดที่พีคสุดและที่ความสว่างกำลังลดลง โดยเฉลี่ย ความสว่างจะเพิ่มขึ้นใช้เวลาราว 2 ปี นานกว่าตัวอย่างสองสามดวงที่เคยพบก่อนหน้าการศึกษานี้

     ในขณะเดียวกัน การสำรวจก็ให้ผลที่ไม่คาดฝันแต่ก็มีความสำคัญ โดยพบดาวยักษ์แดง 21 ดวงที่มีการเปลี่ยนแปลงความสว่างในแบบที่น่าพิศวงในช่วงสิบปีของการสำรวจ เมื่อสำรวจเจ็ดดวงในกลุ่มนี้ในรายละเอียด ทีมก็พบว่าพวกมันเป็นยักษ์แดงอายุมากในกลุ่มที่ไม่เคยพบมาก่อน

ดาวฤกษ์ทารกดวงหนึ่งซึ่งยังฝังตัวอยู่ลึกในเมฆก๊าซฝุ่นมืดทึบในภาพนี้ ดาวค่อยๆ สว่างขึ้น 40 เท่าในเวลา 2 ปีและยังคงสว่างอย่างนั้นมาตั้งแต่ปี 2015

     Dante Minniti จากมหาวิทยาลัยอันเดรส เบลโล ผู้ก่อตั้งการสำรวจ VVV กล่าวว่า ดาวอายุมากเหล่านี้อยู่อย่างสงบมาหลายปีหรือหลายสิบปี และจากนั้นพวกมันก็ผลักกลุ่มควันออกมาในแบบที่คาดไม่ถึง แล้วพวกมันจะดูมืดมากๆ และมีสีแดงไปหลายปี จนถึงจุดที่บางครั้งเราก็มองไม่เห็นพวกมันเลย สิงห์เฒ่าอมควันเหล่านี้กระจุกอยู่ในส่วนในสุดของทางช้างเผอกที่เรียกว่า ดิสก์ในนิวเคลียส(Nuclear disc) ซึ่งอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใด เราจึงไม่เคยพบพวกมันมาก่อน

     ยิ่งพวกมันอยู่ใกล้ใจกลางกาแลคซีมากขึ้น ก็จะมีโลหะ(metal; ธาตุที่หนักกว่าฮีเลียม) สูงขึ้นด้วย จึงดูว่าพฤติกรรมสิงห์อมควันเหล่านี้เกิดขึ้นเฉพาะกับดาวที่มีโลหะสูงกว่า พวกที่เราสำรวจมา โลหะในสัดส่วนที่สูงทำให้อนุภาคฝุ่นควบแน่นออกจากก๊าซรอบดาวหรือแม้แต่ในชั้นบรรยากาศส่วนนอกๆ ที่เย็น ได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ทีมยังไม่สามารถอธิบายว่าอะไรเป็นสาเหตุให้ปล่อยเมฆควันออกมาซึ่งปกคลุมดาวไว้ชั่วคราว

     สสารที่ดาวอายุมากผลักออกมา มีบทบาทสำคัญในวัฎจักรชีวิตของธาตุ ซึ่งจะช่วยในการก่อตัวดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นต่อๆ ไปได้ Lucas กล่าว เคยคิดกันว่าสิ่งนี้จะเกิดในดาวอายุมากชนิดที่รู้จักกันดีว่า ดาวแปรแสงแบบมิรา(Mira variables) เป็นหลัก อย่างไรก็ตาม การพบดาวชนิดใหม่ซึ่งสาดวัสดุสารออกมาได้นี้ น่าจะมีความสำคัญในการกระจายธาตุหนักในดิสก์นิวเคลียส และในพื้นที่ที่อุดมด้วยโลหะในกาแลคซีอื่น ให้กว้างใหญ่ขึ้น

ภาพจากศิลปินแสดงการปะทุในดิสก์วัสดุสารรอบดาวฤกษ์ทารกดวงหนึ่ง ส่วนในสุดของดิสก์จะร้อนกว่าตัวดาวเองด้วย

      เมื่อกาแลคซีมีอายุมากขึ้น ซุปเปอร์โนวาและกิโลโนวาก็จะเริ่มทำงานเพื่อเปลี่ยแปลงปริมณฑลกาแลคซี ทำให้พื้นที่ที่อุดมด้วยโลหะขยายออกไป และสุดท้าย บางที สิงห์เฒ่าอมควันก็อาจจะกลายเป็นเพื่อนบ้านของเราได้  

     การศึกษานี้เผยแพร่เป็นรายงาน 4 ฉบับใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ซึ่งมีรายงานบทสรุปในภาพรวม, การศึกษาสเปคตรัมดาวฤกษ์ทารกและยักษ์อายุมากในรายละเอียด, การศึกษาการสะสมมวลสารเป็นคาบเวลาเพื่ออธิบายการปะทุของดาวฤกษ์ทารก และส่งผลต่อการก่อตัวดาวเคราะห์ และรายงานการปะทุในรายละเอียดจากดาวฤกษ์ทารกดวงหนึ่งที่นำไปสู่ความสว่าง 16 เท่าของดวงอาทิตย์ แม้จะมีมวลเพียงหนึ่งในห้าเท่านั้น

แหล่งข่าว iflscience.com : galactic search for young stars discovers new category called “old smokers”
               sciencealert.com : astronomers see a new type of hidden star for the first time
                scitechdaily.com : new types of stars – “old smokers” and erupting protostars – discovered in the Milky Way